Hållbarhet är en viktig fråga i näringslivet idag. Många företag inser behovet av att hitta bästa möjliga klimatneutrala lösningar för att tillverka sina produkter och minska deras produktion av föroreningar. Det betyder att de letar efter tillverkningsalternativ som inte kräver användning av fossila råvaror. Stor potential i detta avseende ses i elektrosyntes, en process som innebär omvandling av kemiska ämnen i en elektrolyscell med hjälp av elektrisk energi.

Ett team av forskare under ledning av professor Siegfried Waldvogel, talesperson för SusInnoScience Top-Level Research Area vid Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), har redan visat, till exempel, att det är möjligt att använda denna teknik för att extrahera smakföreningen vanillin från träavfall. En särskilt lovande tillämpning av elektrosyntes skulle vara dess användning för framställning av plastprekursorer. Elektrosyntes skulle inte bara vara mer effektiv än de konventionella teknikerna, utan skulle inte heller medföra förbrukning av fossila resurser. Dock, det finns en betydande och ännu i stort sett förbisedd snag:Under elektrosyntes, uppstår en process som kallas katodisk korrosion. Waldvogels team bestämde sig för att utforska denna fråga djupare genom att först göra en översyn av litteratur om ämnet. Resultaten av den forskningen har publicerats nyligen i Kemiska recensioner .

Forskargruppen utvärderade artiklar om katodisk korrosion som har dykt upp under de senaste 130 åren, inklusive ett 30 -tal papper som de själva producerat. "Vårt team och en kinesisk grupp är de enda med nödvändig expertis för att genomföra en sådan litteraturöversyn, "framhöll Waldvogel.

Enligt Waldvogel, forskare har varit medvetna om problemet med katodisk korrosion i mer än 200 år, men ett sätt att förhindra det har fortfarande inte hittats. Medan oxidationen av den positiva elektroden, anoden, under elektrolys har undersökts noggrant, det finns fortfarande många obesvarade frågor om reduktionen som sker vid den negativa elektroden, katoden. "Det är nödvändigt att använda material för elektroderna som har hög överpotential när det gäller väte, av den anledningen giftiga tungmetaller, såsom bly och tenn, är anställd, "sade Waldvogel." Men katoden löser sig gradvis - eller korroderar - och frigör dessa giftiga metaller. "Detta kan resultera i kontaminering av de syntetiserade kemikalierna, vilket är, självklart, en oönskad effekt. "Om vi ​​kunde förhindra denna korrosion, vi skulle ha tagit bort en av de stora stötestenarna på vägen till elektrifiering av produktionsprocesser, "tillade han. Kemisten arbetar för närvarande med två projekt för att hitta en lösning på problemet. Projektet kallas" Strategier to Overcome Contemporary Limits of Reductive Electrosynthetic Conversions in Aqueous Media "har just startats den här månaden. Det finansieras av den tyska forskningsstiftelsen (DFG) och US National Science Foundation för cirka 1 miljon euro.

Fokus ligger här på en praktisk tillämpning. Arbetar i samarbete med ett team vid Iowa State University, målet är att utveckla en metod för att generera prekursorer för plast från jordbruksavfall - och dessa produkter ska syntetiseras vid katoden. "Om vi ​​antar att vi är framgångsrika, vi kommer i framtiden att kunna använda avfall för att tillverka kemiska mellanprodukter, resulterar i hållbar värdeförbättring, "uppgav Waldvogel. Enligt teamet vid Mainz University, de kommer främst att överväga olika sätt på vilka elektroder kan beläggas med salter medan deras amerikanska motsvarigheter kommer att fokusera på användningen av legeringar som man hoppas att katodisk korrosion kan hämmas på.

Sedan början av 2021 har forskare inom de två JGU:s högsta forskningsområden SusInnoScience och M ³ ODEL har arbetat tillsammans med ECHELON -projektet, för vilka Carl Zeiss Foundation ger cirka 2 miljoner euro i finansiering. "Målet är att få en bättre förståelse för den underliggande teorin om processerna som sker under elektrolys. För detta ändamål, vi kombinerar aspekter av de två viktiga områdena kvantkemi och mångskalig modellering, "sa Waldvogel." Kvantkemi gör att vi kan beräkna de kemiska reaktionerna vid katoden, medan flerskalig modellering gör att vi teoretiskt kan kartlägga rörelsen och koncentrationen av jonerna i vätskan som omger katoden, "avslutade han.