Global CO2 utsläppen fortsätter att växa och når 36,1 Gt 2022, vilket stimulerar implementeringen av koldioxidskatter och påverkar energianvändningen. Den elektrokatalytiska CO2 reduktionsreaktion (CO2 RR) att producera högt förädlade kemikalier och flytande bränslen bidrar till konstruktionen av grön kemiteknik och kolneutralitet.
Årtionden av forskning, såväl som framsteg inom katalysatordesign och elektrolysteknik i laboratorieskala, lovar storskalig utbyggnad av CO2 elektrolysteknik.
För praktiska tillämpningar, elektrokatalytisk CO2 RR måste köras i en hel cell, som tyvärr lider av låg CO2 omvandling, dålig aktivitet och stabilitet i laboratorieskala under industrirelevanta strömtätheter (> 200 mA cm -2 ). Följaktligen är det en utmaning att säkerställa tillräcklig produktionseffektivitet för att minska kostnaderna för produktseparering och elförbrukning.
Att ytterligare etablera en storskalig CO2 elektrolyssystem måste två dimensioner beaktas:öka enhetens area och mängden elektrod. Men båda av dem ger vanligtvis fram en uttalad förstärkningseffekt dikterad av den komplexa flerfältskopplingen, inklusive men inte begränsat till det elektriska fältet, reaktionsfältet och flödesfältet. Denna effekt leder till en minskning av reaktionsprestanda och livslängd, vilket i slutändan begränsar implementeringen av industriell CO2 elektrolys med ekonomiska fördelar.
Nyligen gav ett forskarlag under ledning av Prof. Ye Wang och Prof. Shunji Xie från Xiamen University, Kina, betydande insikter om den elektrokatalytiska omvandlingen av CO2 för storskalig utbyggnad. Deras arbete har publicerats i Chinese Journal of Catalysis
Denna studie ger en heltäckande översikt över den flerskaliga sammanlänkade forskningsprocessen, med syftet att främja den kommersiella tillämpningen av CO2 elektrolys. Teamet lyfter fram de utmaningar som är involverade i att realisera högeffektiv CO2 konvertering, utifrån de senaste forskningsresultaten.
De undersöker också framtidsutsikterna för elektrokatalytisk CO2 konvertering, med fokus på nyckelfrågor som måste åtgärdas för dess kommersiella tillämpning.
Arbetet påpekar att även om storskalig elektrolys för närvarande inte är genomförbar, är CO2 tekniken för elektrokatalytisk omvandling och dess stödjande anläggningar går snabbt framåt. Dessa framsteg åtföljs av en minskning av kostnaden för förnybar elenergi.
Forskarna betonar vikten av att optimera tekniken ur ett övergripande perspektiv och ta itu med nyckelfrågor i olika skalor som involverar katalysator, gränssnitt, elektrolysör och cellstack. Att fokusera på en enskild aspekt är osannolikt att uppnå önskat resultat.
När väl vägspärrarna är övervunna, särskilt när det gäller energiomvandlingseffektivitet (ECE) och livslängd, CO2 elektrolys kommer snart att bli kommersiellt tillgänglig. Men de noterar också att CO2 elektrolystekniken är fortfarande i ett tidigt skede av storskaliga tillämpningar.
Mer information: Li Lin et al, Electrocatalytic CO2-konvertering mot storskalig utbyggnad, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64524-3
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
