Denne artikel er blevet gennemgået i overensstemmelse med Science X's redaktionelle procedurer og politikker. Redaktørerne har lagt vægt på følgende kvaliteter, samtidig med at de har sikret indholdets integritet:
Kuldioxid (CO2) er både en essentiel ressource for liv på Jorden og en drivhusgas, der bidrager til global opvarmning. I dag studerer forskere kuldioxid som en lovende ressource til produktion af vedvarende brændstoffer med lavt kulstofindhold og kemiske produkter med høj værdi.
Udfordringen for forskere er at identificere effektive og omkostningseffektive måder at omdanne kuldioxid til kulstofmellemprodukter af høj kvalitet, såsom kulilte, methanol eller myresyre.
Et forskerhold ledet af KK Neuerlin fra National Renewable Energy Laboratory (NREL) og samarbejdspartnere ved Argonne National Laboratory og Oak Ridge National Laboratory har fundet en lovende løsning på dette problem. Holdet udviklede en konverteringsmetode til at producere myresyre fra kuldioxid ved hjælp af vedvarende elektricitet med høj energieffektivitet og holdbarhed.
Undersøgelsen med titlen “Scalable membrane electrode assembly architecture for efficient electrochemical conversion of carbon dioxide to foric acid” (Skalerbar membranelektrodemonteringsarkitektur til effektiv elektrokemisk omdannelse af kuldioxid til myresyre) blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications.
Myresyre er et potentielt kemisk mellemprodukt med en bred vifte af anvendelser, især som råmateriale i den kemiske eller biologiske industri. Myresyre er også blevet identificeret som et råmateriale til bioraffinering til rent flybrændstof.
Elektrolyse af CO2 resulterer i reduktion af CO2 til kemiske mellemprodukter såsom myresyre eller molekyler såsom ethylen, når et elektrisk potentiale påføres den elektrolytiske celle.
Membran-elektrode-enheden (MEA) i en elektrolysør består typisk af en ionledende membran (kation- eller anionbytningsmembran) anbragt mellem to elektroder bestående af en elektrokatalysator og en ionledende polymer.
Ved at bruge teamets ekspertise inden for brændselscelleteknologier og hydrogenelektrolyse studerede de adskillige MEA-konfigurationer i elektrolytiske celler for at sammenligne den elektrokemiske reduktion af CO2 til myresyre.
Baseret på fejlanalyse af forskellige designs, søgte teamet at udnytte begrænsningerne i eksisterende materialesæt, især manglen på ionafvisning i nuværende anionbyttermembraner, og forenkle det overordnede systemdesign.
Opfindelsen af ​​KS Neierlin og Leiming Hu fra NREL var en forbedret MEA-elektrolysør, der brugte en ny perforeret kationbyttermembran. Denne perforerede membran giver ensartet, yderst selektiv myresyreproduktion og forenkler designet ved at bruge standardkomponenter.
"Resultaterne af denne undersøgelse repræsenterer et paradigmeskift i den elektrokemiske produktion af organiske syrer såsom myresyre," sagde medforfatter Neierlin. "Den perforerede membranstruktur reducerer kompleksiteten af ​​tidligere designs og kan også bruges til at forbedre energieffektiviteten og holdbarheden af ​​andre elektrokemiske kuldioxidkonverteringsenheder."
Som med ethvert videnskabeligt gennembrud er det vigtigt at forstå omkostningsfaktorerne og den økonomiske gennemførlighed. NREL-forskerne Zhe Huang og Tao Ling, der arbejdede på tværs af afdelinger, præsenterede en teknoøkonomisk analyse, der identificerede måder at opnå omkostningsparitet med nutidens industrielle myresyreproduktionsprocesser, når omkostningerne ved vedvarende elektricitet er på eller under 2,3 cent pr. kilowatt-time.
"Teamet opnåede disse resultater ved hjælp af kommercielt tilgængelige katalysatorer og polymermembranmaterialer, samtidig med at de skabte et MEA-design, der udnytter skalerbarheden af ​​moderne brændselsceller og brintelektrolyseanlæg," sagde Neierlin.
"Resultaterne af denne forskning kan bidrage til at omdanne kuldioxid til brændstoffer og kemikalier ved hjælp af vedvarende elektricitet og brint, hvilket fremskynder overgangen til opskalering og kommercialisering."
Elektrokemiske konverteringsteknologier er et kerneelement i NREL's Elektroner til Molekyler-program, som fokuserer på næste generations vedvarende brint, nul brændstoffer, kemikalier og materialer til elektrisk drevne processer.
"Vores program undersøger måder at bruge vedvarende elektricitet til at omdanne molekyler som kuldioxid og vand til forbindelser, der kan tjene som energikilder," sagde Randy Cortright, direktør for NREL's elektronoverførsels- og/eller prækursorstrategi til brændstofproduktion eller kemikalier.
"Denne forskning i elektrokemisk konvertering giver et gennembrud, der kan bruges i en række elektrokemiske konverteringsprocesser, og vi ser frem til flere lovende resultater fra denne gruppe."
Yderligere information: Leiming Hu et al., Skalerbar membranelektrodekonstruktionsarkitektur til effektiv elektrokemisk omdannelse af CO2 til myresyre, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Hvis du støder på en tastefejl, unøjagtigheder eller ønsker at indsende en anmodning om at redigere indhold på denne side, bedes du bruge denne formular. Ved generelle spørgsmål bedes du bruge vores kontaktformular. For generel feedback, brug kommentarfeltet nedenfor (følg instruktionerne).
Din feedback er meget vigtig for os. På grund af det store antal beskeder kan vi dog ikke garantere et personligt svar.
Din e-mailadresse bruges kun til at fortælle modtagerne, hvem der sendte e-mailen. Hverken din adresse eller modtagerens adresse vil blive brugt til andre formål. De oplysninger, du indtaster, vil blive vist i din e-mail og vil ikke blive gemt af Tech Xplore i nogen form.
Denne hjemmeside bruger cookies til at lette navigationen, analysere din brug af vores tjenester, indsamle data om personlig annoncering og levere indhold fra tredjeparter. Ved at bruge vores hjemmeside accepterer du, at du har læst og forstået vores privatlivspolitik og brugsbetingelser.