Тази статия е рецензирана в съответствие с редакционните процедури и политики на Science X. Редакторите са наблегнали на следните качества, като същевременно са гарантирали целостта на съдържанието:
Въглеродният диоксид (CO2) е едновременно основен ресурс за живота на Земята и парников газ, който допринася за глобалното затопляне. Днес учените изучават въглеродния диоксид като обещаващ ресурс за производството на възобновяеми, нисковъглеродни горива и висококачествени химически продукти.
Предизвикателството пред изследователите е да идентифицират ефикасни и рентабилни начини за преобразуване на въглеродния диоксид във висококачествени въглеродни междинни продукти, като въглероден оксид, метанол или мравчена киселина.
Изследователски екип, ръководен от К. К. Нойерлин от Националната лаборатория за възобновяема енергия (NREL) и сътрудници от Националната лаборатория Аргон и Националната лаборатория Оук Ридж, е намерил обещаващо решение на този проблем. Екипът е разработил метод за преобразуване за производство на мравчена киселина от въглероден диоксид, използвайки възобновяема електроенергия с висока енергийна ефективност и дълготрайност.
Изследването, озаглавено „Мащабируема архитектура на мембранен електроден монтаж за ефективно електрохимично преобразуване на въглероден диоксид в мравчена киселина“, е публикувано в списанието Nature Communications.
Мравчената киселина е потенциален химичен междинен продукт с широк спектър от приложения, особено като суровина в химическата или биологичната промишленост. Мравчената киселина е идентифицирана и като суровина за биорафиниране в чисто авиационно гориво.
Електролизата на CO2 води до редукция на CO2 до химични междинни продукти като мравчена киселина или молекули като етилен, когато към електролитната клетка се приложи електрически потенциал.
Мембранно-електродният възел (MEA) в електролизатор обикновено се състои от йонопроводяща мембрана (катионна или анионнообменна мембрана), разположена между два електрода, състоящи се от електрокатализатор и йонопроводящ полимер.
Използвайки експертния опит на екипа в технологиите за горивни клетки и водородната електролиза, те проучиха няколко конфигурации на MEA в електролитни клетки, за да сравнят електрохимичното редуциране на CO2 до мравчена киселина.
Въз основа на анализ на повреди на различни конструкции, екипът се стреми да използва ограниченията на съществуващите материали, по-специално липсата на йонно отхвърляне в настоящите анионнообменни мембрани, и да опрости цялостния дизайн на системата.
Изобретението на К. С. Найерлин и Лайминг Ху от NREL е подобрен MEA електролизатор, използващ нова перфорирана катионнообменна мембрана. Тази перфорирана мембрана осигурява постоянно, високоселективно производство на мравчена киселина и опростява дизайна, като използва готови компоненти.
„Резултатите от това проучване представляват промяна в парадигмата в електрохимичното производство на органични киселини като мравчена киселина“, каза съавторът Найерлин. „Перфорираната мембранна структура намалява сложността на предишните конструкции и може да се използва и за подобряване на енергийната ефективност и издръжливостта на други устройства за електрохимично преобразуване на въглероден диоксид.“
Както при всеки научен пробив, е важно да се разберат ценовите фактори и икономическата осъществимост. Работейки в различни отдели, изследователите от NREL Дже Хуанг и Тао Линг представиха техно-икономически анализ, идентифициращ начини за постигане на паритет на разходите с днешните индустриални процеси за производство на мравчена киселина, когато цената на електроенергията от възобновяеми източници е на или под 2,3 цента за киловатчас.
„Екипът постигна тези резултати, използвайки търговски достъпни катализатори и полимерни мембранни материали, като същевременно създаде MEA дизайн, който се възползва от мащабируемостта на съвременните горивни клетки и инсталации за водородна електролиза“, каза Найерлин.
„Резултатите от това изследване биха могли да помогнат за преобразуването на въглеродния диоксид в горива и химикали, използвайки възобновяема електроенергия и водород, ускорявайки прехода към мащабиране и комерсиализация.“
Технологиите за електрохимично преобразуване са основен елемент от програмата „Електрони в молекули“ на NREL, която се фокусира върху възобновяем водород от следващо поколение, нулеви горива, химикали и материали за електрически задвижвани процеси.
„Нашата програма проучва начини за използване на възобновяема електроенергия за преобразуване на молекули като въглероден диоксид и вода в съединения, които могат да служат като източници на енергия“, каза Ранди Кортрайт, директор на стратегията на NREL за електронен трансфер и/или прекурсори за производство на горива или химикали.
„Това изследване на електрохимичното преобразуване предоставя пробив, който може да се използва в редица процеси на електрохимично преобразуване, и очакваме с нетърпение по-обещаващи резултати от тази група.“
Допълнителна информация: Leiming Hu et al., Мащабируема архитектура на мембранен електроден сглобен блок за ефективно електрохимично преобразуване на CO2 в мравчена киселина, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Ако срещнете печатна грешка, неточност или искате да подадете заявка за редактиране на съдържание на тази страница, моля, използвайте този формуляр. За общи въпроси, моля, използвайте нашата форма за контакт. За обща обратна връзка използвайте секцията за публични коментари по-долу (следвайте инструкциите).
Вашата обратна връзка е много важна за нас. Поради големия обем съобщения обаче, не можем да гарантираме персонализиран отговор.
Вашият имейл адрес се използва само за да се уведомят получателите кой е изпратил имейла. Нито вашият адрес, нито адресът на получателя ще бъдат използвани за каквато и да е друга цел. Въведената от вас информация ще се появи във вашия имейл и няма да бъде съхранявана от Tech Xplore под никаква форма.
Този уебсайт използва „бисквитки“, за да улесни навигацията, да анализира използването на нашите услуги, да събира данни за персонализиране на рекламите и да предоставя съдържание от трети страни. С използването на нашия уебсайт вие потвърждавате, че сте прочели и разбирате нашата Политика за поверителност и Условия за ползване.