Ta članek je bil pregledan v skladu z uredniškimi postopki in politikami revije Science X. Uredniki so poudarili naslednje lastnosti, hkrati pa zagotovili integriteto vsebine:
Ogljikov dioksid (CO2) je bistven vir za življenje na Zemlji in toplogredni plin, ki prispeva h globalnemu segrevanju. Danes znanstveniki preučujejo ogljikov dioksid kot obetaven vir za proizvodnjo obnovljivih, nizkoogljičnih goriv in visokovrednih kemičnih izdelkov.
Izziv za raziskovalce je najti učinkovite in stroškovno učinkovite načine za pretvorbo ogljikovega dioksida v visokokakovostne ogljikove intermediate, kot so ogljikov monoksid, metanol ali mravljinčna kislina.
Raziskovalna skupina pod vodstvom KK Neuerlina iz Nacionalnega laboratorija za obnovljivo energijo (NREL) in sodelavcev v Nacionalnem laboratoriju Argonne in Nacionalnem laboratoriju Oak Ridge je našla obetavno rešitev za to težavo. Ekipa je razvila metodo pretvorbe za proizvodnjo mravljinčne kisline iz ogljikovega dioksida z uporabo obnovljive električne energije z visoko energetsko učinkovitostjo in vzdržljivostjo.
Študija z naslovom »Arhitektura razširljive membranske elektrode za učinkovito elektrokemijsko pretvorbo ogljikovega dioksida v mravljinčno kislino« je bila objavljena v reviji Nature Communications.
Mravljinčna kislina je potencialni kemični intermediat s široko paleto uporab, zlasti kot surovina v kemični ali biološki industriji. Mravljinčna kislina je bila opredeljena tudi kot surovina za biorafiniranje v čisto letalsko gorivo.
Elektroliza CO2 povzroči redukcijo CO2 na kemične intermediate, kot je mravljinčna kislina, ali molekule, kot je etilen, ko se na elektrolitsko celico uporabi električni potencial.
Membransko-elektrodni sklop (MEA) v elektrolizatorju je običajno sestavljen iz ionsko prevodne membrane (kationske ali anionske izmenjevalne membrane), ki je vstavljena med dve elektrodi, sestavljeni iz elektrokatalizatorja in ionsko prevodnega polimera.
Z uporabo strokovnega znanja ekipe na področju tehnologij gorivnih celic in elektrolize vodika so preučevali več konfiguracij MEA v elektrolitskih celicah, da bi primerjali elektrokemijsko redukcijo CO2 v mravljinčno kislino.
Na podlagi analize napak različnih zasnov je ekipa želela izkoristiti omejitve obstoječih materialov, zlasti pomanjkanje zavračanja ionov v trenutnih anionskih izmenjevalnih membranah, in poenostaviti celotno zasnovo sistema.
Izum KS Neierlina in Leiminga Huja iz NREL je bil izboljšan elektrolizator MEA z novo perforirano kationsko izmenjalno membrano. Ta perforirana membrana zagotavlja dosledno, visoko selektivno proizvodnjo mravljinčne kisline in poenostavlja zasnovo z uporabo standardnih komponent.
»Rezultati te študije predstavljajo paradigmatski premik v elektrokemični proizvodnji organskih kislin, kot je mravljinčna kislina,« je dejal soavtor Neierlin. »Perforirana membranska struktura zmanjšuje kompleksnost prejšnjih zasnov in se lahko uporablja tudi za izboljšanje energetske učinkovitosti in trajnosti drugih elektrokemičnih naprav za pretvorbo ogljikovega dioksida.«
Kot pri vsakem znanstvenem preboju je pomembno razumeti stroškovne dejavnike in ekonomsko izvedljivost. Raziskovalca NREL Zhe Huang in Tao Ling sta v sodelovanju z različnimi oddelki predstavila tehno-ekonomsko analizo, v kateri sta opredelila načine za doseganje stroškovne paritete z današnjimi industrijskimi postopki proizvodnje mravljinčne kisline, ko so stroški obnovljive električne energije enaki ali nižji od 2,3 centa na kilovatno uro.
»Ekipa je te rezultate dosegla z uporabo komercialno dostopnih katalizatorjev in polimernih membranskih materialov, hkrati pa je ustvarila zasnovo MEA, ki izkorišča skalabilnost sodobnih gorivnih celic in obratov za elektrolizo vodika,« je dejal Neierlin.
»Rezultati te raziskave bi lahko pomagali pretvoriti ogljikov dioksid v goriva in kemikalije z uporabo obnovljive električne energije in vodika, kar bi pospešilo prehod na povečanje obsega in komercializacijo.«
Tehnologije elektrokemične pretvorbe so osrednji element programa NREL Electrons to Molecules, ki se osredotoča na obnovljivi vodik naslednje generacije, ničelna goriva, kemikalije in materiale za električno gnane procese.
»Naš program raziskuje načine uporabe obnovljive električne energije za pretvorbo molekul, kot sta ogljikov dioksid in voda, v spojine, ki lahko služijo kot viri energije,« je dejal Randy Cortright, direktor strategije prenosa elektronov in/ali predhodnikov za proizvodnjo goriv ali kemikalij pri NREL.
"Ta raziskava elektrokemične pretvorbe predstavlja preboj, ki ga je mogoče uporabiti v različnih procesih elektrokemične pretvorbe, in veselimo se obetavnejših rezultatov te skupine."
Dodatne informacije: Leiming Hu et al., Arhitektura sestave prilagodljive membranske elektrode za učinkovito elektrokemijsko pretvorbo CO2 v mravljinčno kislino, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Če naletite na tipkarsko napako, netočnost ali želite oddati zahtevo za urejanje vsebine na tej strani, uporabite ta obrazec. Za splošna vprašanja uporabite naš kontaktni obrazec. Za splošne povratne informacije uporabite spodnji razdelek za javne komentarje (sledite navodilom).
Vaše povratne informacije so za nas zelo pomembne. Vendar pa zaradi velikega števila sporočil ne moremo zagotoviti osebnega odgovora.
Vaš e-poštni naslov se uporablja samo za to, da prejemniki vedo, kdo je poslal e-pošto. Niti vaš naslov niti naslov prejemnika ne bosta uporabljena za noben drug namen. Podatki, ki jih vnesete, se bodo prikazali v vašem e-poštnem sporočilu in jih Tech Xplore ne bo shranil v nobeni obliki.
To spletno mesto uporablja piškotke za lažjo navigacijo, analizo vaše uporabe naših storitev, zbiranje podatkov o personalizaciji oglaševanja in zagotavljanje vsebine tretjih oseb. Z uporabo našega spletnega mesta potrjujete, da ste prebrali in razumeli našo politiko zasebnosti in pogoje uporabe.