Denna illustration är en konstnärs återgivning av elektrolysprocessen som används för att omvandla CO2 till koncentrerade kolprodukter. Upphovsman:Ripatti et al.
Forskare vid Stanford University har utvecklat elektrokemiska celler som omvandlar kolmonoxid (CO) som härrör från CO 2 till kommersiellt gångbara föreningar mer effektivt och ändamålsenligt än befintlig teknik. Deras forskning, publicerad 25 oktober i tidskriften Joule , ger en ny strategi för att fånga upp CO 2 och omvandla den till kemiska råvaror.
CO 2 avskiljning från utsläppskällor är ett attraktivt alternativ för att mildra klimatförändringarna, men det är en dyr process som skördar en produkt utan kommersiellt värde. Dock, forskare kan tillföra värde till fångad CO 2 med hjälp av elektrolys, en teknik som använder en elektrisk ström för att bryta ner föreningar, att omvandla det till mer önskvärda produkter såsom eten för polymerframställning eller acetat som ett reagens för kemisk syntes.
"C2-produkter som etylen, acetat, och etanol är i sig mer värdefulla än C1-produkter som metan eftersom de är mångsidiga kemiska råvaror, " säger seniorförfattaren Matthew Kanan, en docent i kemi vid Stanford University.
Vid konvertering av CO 2 till CO är redan kommersiellt möjligt, Att utveckla teknik som kan producera efterfrågade C2-kemikalier från CO i industriell skala är fortfarande en utmaning. Elektrolys måste omvandla CO till produkter i hög takt med ett lågt totalt energibehov för att vara livskraftig. Tidigare elektrokemiska celler har krävt ett stort överskott av CO för att uppnå en hög elektrolyshastighet, vilket resulterar i utspädda produkter som måste koncentreras och renas — en process som kräver mer energi (till större kostnad).
De elektrokemiska celler som skapats av Kanan och hans team bekämpar dessa ineffektiviteter med en modifierad design som producerar en koncentrerad ström av etylengas och en natriumacetatlösning 1, 000 gånger mer koncentrerad än produkten som erhållits med tidigare celler. Cellen använder en gasdiffusionselektrod (GDE) i kombination med ett noggrant utformat flödesfält som avsevärt förbättrar tillförseln av CO till elektrodytan och avlägsnandet av produkter. Teamet eliminerade också behovet av en elektrolytlösning i cellen genom att koppla GDE direkt med ett membran. Som ett resultat, både eten och koncentrerad acetatlösning produceras vid elektroden och sveps ut ur cellen i en enda ångström.
"Innan detta arbete, kombinationen av en hög elektrolyshastighet, hög CO-omvandling, och koncentrerade produktströmmar inte hade uppnåtts, säger Kanan.
Teamet skalar för närvarande upp sin prototyp för att avgöra om designen behöver modifieras för att lyckas i industriell skala, med hopp om att de så småningom kan kombinera sina CO-elektrolysceller med befintlig teknik för att omvandla CO 2 till CO. Enheten kan också vara användbar för rymdutforskning, i synnerhet djupa rymduppdrag där det inte är möjligt att återförsörja från jorden. I samarbete med forskare under ledning av John Hogan vid NASA Ames Research Center, teamet arbetar med att kombinera elektrokemisk syntes med mikrobiell biosyntes för att återvinna CO 2 andas ut av astronauter till mat och näringsämnen.
