Överskott av industriell koldioxid skapar en möjlighet att omvandla avfall till en värdefull vara. Överskott av CO2 kan vara ett råmaterial för kemikalier som vanligtvis härrör från fossila bränslen, men processen är energikrävande och dyr. University of Illinois kemiingenjörer har bedömt den tekniska och ekonomiska genomförbarheten av en ny elektrolysteknik som använder en billig biobränslebiprodukt för att minska energiförbrukningen för avfall-till-värde-processen med 53 procent.

De nya rönen publiceras i tidskriften Naturenergi .

Omvandling av CO2 till kemikalier som eten för plast är möjlig genom en process som kallas elektrokemisk reduktion. Vanligtvis, en ström av CO2-gas och en flytande elektrolyt rör sig genom en elektrolyscell som bryter ner CO2 till molekyler som eten på katoden, men den producerar också syre från vatten på anoden, sa forskarna.

"Omkring 90 procent av energin som krävs för konventionell CO2-reduktion förbrukas av de syreproducerande, anodsidan av en elektrolyscell, sa Paul Kenis, en professor i kemi och biomolekylär teknik, institutionsordförande och studiemedförfattare. "Men det finns ingen stor marknad för överskottet av syre, så 90 procent av energin är i princip bortkastade."

Att hitta ett fodermaterial som minskar energin för att driva anodreaktionen kan vara en strategi för att radikalt minska energibehovet för CO2-omvandling, enligt en färsk rapport från National Academies som Kenis var medförfattare till.

Den nya studien föreslår glycerol - en organisk biprodukt av produktion av sockerrörsbiobränsle som kräver mindre energi för att oxidera - som ett alternativ till det energiintensiva syreproducerande steget.

För att testa om den nya elektrolystekniken har potential att driva hela CO2-omvandlingsprocessen till en koldioxidneutral eller negativ budget, forskarna undersökte kostnaden och energiförbrukningen för produktionscykeln för avfall-till-värde-processen. Fyrstegscykeln inkluderar avskiljning av industriell CO2-avfallsgas, inmatningen av elektricitet, Den nya

"Vår modell använder det nuvarande elnätet som källa till el för att göra scenariot mer realistiskt, "Kenis sa. "Att kunna driva CO2-omvandling med infrastruktur som redan finns på plats - och att inte förlita sig på hoppet om att det framtida nätet drivs av 100 procent förnybara energikällor - samtidigt som man uppnår koldioxidneutralitet eller negativitet kan vara en helig gralscenario."

Analysen inkluderar bästa och sämsta tänkbara CO2-utsläpp och energiförbrukningsscenarier och drar slutsatsen att utsikterna för CO2-minskning, när det gäller CO2-utsläpp och ekonomi, kan drastiskt förbättras genom att se bortom konventionella anodreaktioner.

"Den glycerolbaserade elektrolysreaktionen visar mycket lovande. vi kommer att fortsätta att utforska andra organiska avfallsmaterial eftersom även när produktionen ökar i spåren av ökad produktion av biobränsle, det kommer fortfarande inte att räcka för att fullt ut stödja behovet, "Kenis sa. "Den goda nyheten är att kemin involverad är flexibel och det finns många organiska restprodukter som kan göra jobbet."

Många forskare fokuserar på att förbättra selektiviteten och aktiviteten hos kemiska katalysatorer för CO2-reduktionsreaktioner, och det arbetet måste fortsätta, sa Sumit Verma, en före detta kemi- och biomolekylär ingenjörsstudent och studiemedförfattare. "Att se bortom syreutvecklingen vid anoden verkar vara en win-win-situation, eftersom vi inte bara minskar processernas energiförbrukning utan också producerar en andra värdefull produktström, " han sa.