Αυτό το άρθρο έχει ελεγχθεί σύμφωνα με τις συντακτικές διαδικασίες και πολιτικές του Science X. Οι συντάκτες έχουν τονίσει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά, διασφαλίζοντας παράλληλα την ακεραιότητα του περιεχομένου:
Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) είναι τόσο ένας απαραίτητος πόρος για τη ζωή στη Γη όσο και ένα αέριο του θερμοκηπίου που συμβάλλει στην υπερθέρμανση του πλανήτη. Σήμερα, οι επιστήμονες μελετούν το διοξείδιο του άνθρακα ως έναν πολλά υποσχόμενο πόρο για την παραγωγή ανανεώσιμων καυσίμων χαμηλών εκπομπών άνθρακα και χημικών προϊόντων υψηλής αξίας.
Η πρόκληση για τους ερευνητές είναι να εντοπίσουν αποτελεσματικούς και οικονομικά αποδοτικούς τρόπους μετατροπής του διοξειδίου του άνθρακα σε ενδιάμεσα προϊόντα άνθρακα υψηλής ποιότητας, όπως μονοξείδιο του άνθρακα, μεθανόλη ή μυρμηκικό οξύ.
Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον KK Neuerlin του Εθνικού Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL) και συνεργάτες στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne και στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge βρήκε μια πολλά υποσχόμενη λύση σε αυτό το πρόβλημα. Η ομάδα ανέπτυξε μια μέθοδο μετατροπής για την παραγωγή μυρμηκικού οξέος από διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιώντας ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια με υψηλή ενεργειακή απόδοση και ανθεκτικότητα.
Η μελέτη, με τίτλο «Κλιμακούμενη αρχιτεκτονική συναρμολόγησης ηλεκτροδίων μεμβράνης για αποτελεσματική ηλεκτροχημική μετατροπή διοξειδίου του άνθρακα σε μυρμηκικό οξύ», δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications.
Το μυρμηκικό οξύ είναι ένα πιθανό χημικό ενδιάμεσο προϊόν με ευρύ φάσμα εφαρμογών, ειδικά ως πρώτη ύλη στις χημικές ή βιολογικές βιομηχανίες. Το μυρμηκικό οξύ έχει επίσης αναγνωριστεί ως πρώτη ύλη για βιοδιύλιση σε καθαρά καύσιμα αεροπορίας.
Η ηλεκτρόλυση του CO2 έχει ως αποτέλεσμα την αναγωγή του CO2 σε χημικά ενδιάμεσα όπως το μυρμηκικό οξύ ή σε μόρια όπως το αιθυλένιο όταν εφαρμόζεται ηλεκτρικό δυναμικό στο ηλεκτρολυτικό κελί.
Το συγκρότημα μεμβράνης-ηλεκτροδίου (MEA) σε έναν ηλεκτρολύτη αποτελείται συνήθως από μια ιοντοαγώγιμη μεμβράνη (μεμβράνη ανταλλαγής κατιόντων ή ανιόντων) τοποθετημένη ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια που αποτελούνται από έναν ηλεκτροκαταλύτη και ένα ιοντοαγώγιμο πολυμερές.
Χρησιμοποιώντας την εμπειρία της ομάδας στις τεχνολογίες κυψελών καυσίμου και την ηλεκτρόλυση υδρογόνου, μελέτησαν διάφορες διαμορφώσεις MEA σε ηλεκτρολυτικά κύτταρα για να συγκρίνουν την ηλεκτροχημική αναγωγή του CO2 σε μυρμηκικό οξύ.
Με βάση την ανάλυση αστοχίας διαφόρων σχεδίων, η ομάδα προσπάθησε να εκμεταλλευτεί τους περιορισμούς των υπαρχόντων συνόλων υλικών, ιδιαίτερα την έλλειψη απόρριψης ιόντων στις τρέχουσες μεμβράνες ανταλλαγής ανιόντων, και να απλοποιήσει τον συνολικό σχεδιασμό του συστήματος.
Η εφεύρεση του NREL από τους KS Neierlin και Leiming Hu ήταν ένας βελτιωμένος ηλεκτρολύτης MEA που χρησιμοποιούσε μια νέα διάτρητη μεμβράνη ανταλλαγής κατιόντων. Αυτή η διάτρητη μεμβράνη παρέχει συνεπή, εξαιρετικά επιλεκτική παραγωγή μυρμηκικού οξέος και απλοποιεί τον σχεδιασμό χρησιμοποιώντας έτοιμα εξαρτήματα.
«Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης αντιπροσωπεύουν μια παραδειγματική μετατόπιση στην ηλεκτροχημική παραγωγή οργανικών οξέων όπως το μυρμηκικό οξύ», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Neierlin. «Η διάτρητη δομή μεμβράνης μειώνει την πολυπλοκότητα των προηγούμενων σχεδίων και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης και της ανθεκτικότητας άλλων ηλεκτροχημικών συσκευών μετατροπής διοξειδίου του άνθρακα».
Όπως συμβαίνει με κάθε επιστημονική ανακάλυψη, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τους παράγοντες κόστους και την οικονομική σκοπιμότητα. Εργαζόμενοι σε διάφορα τμήματα, οι ερευνητές του NREL, Zhe Huang και Tao Ling, παρουσίασαν μια τεχνοοικονομική ανάλυση που προσδιορίζει τρόπους για την επίτευξη ισοτιμίας κόστους με τις σημερινές βιομηχανικές διαδικασίες παραγωγής μυρμηκικού οξέος, όταν το κόστος της ανανεώσιμης ηλεκτρικής ενέργειας είναι ίσο ή χαμηλότερο από 2,3 σεντς ανά κιλοβατώρα.
«Η ομάδα πέτυχε αυτά τα αποτελέσματα χρησιμοποιώντας εμπορικά διαθέσιμους καταλύτες και υλικά πολυμερικής μεμβράνης, δημιουργώντας παράλληλα ένα σχέδιο MEA που εκμεταλλεύεται την επεκτασιμότητα των σύγχρονων κυψελών καυσίμου και των μονάδων ηλεκτρόλυσης υδρογόνου», δήλωσε ο Neierlin.
«Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε καύσιμα και χημικά χρησιμοποιώντας ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια και υδρογόνο, επιταχύνοντας τη μετάβαση στην κλιμάκωση και την εμπορευματοποίηση».
Οι τεχνολογίες ηλεκτροχημικής μετατροπής αποτελούν βασικό στοιχείο του προγράμματος «Ηλεκτρόνια σε Μόρια» του NREL, το οποίο επικεντρώνεται στο ανανεώσιμο υδρογόνο επόμενης γενιάς, σε μηδενικά καύσιμα, σε χημικές ουσίες και υλικά για ηλεκτρικά κινούμενες διεργασίες.
«Το πρόγραμμά μας διερευνά τρόπους χρήσης ανανεώσιμης ηλεκτρικής ενέργειας για τη μετατροπή μορίων όπως το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε ενώσεις που μπορούν να χρησιμεύσουν ως πηγές ενέργειας», δήλωσε ο Randy Cortright, διευθυντής της στρατηγικής μεταφοράς ηλεκτρονίων ή/και προδρόμων ουσιών του NREL για την παραγωγή καυσίμων ή χημικών ουσιών.»
«Αυτή η έρευνα για την ηλεκτροχημική μετατροπή παρέχει μια σημαντική ανακάλυψη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια σειρά διεργασιών ηλεκτροχημικής μετατροπής και προσβλέπουμε σε πιο πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα από αυτήν την ομάδα.»
Περισσότερες πληροφορίες: Leiming Hu et al., Κλιμακωτή αρχιτεκτονική συναρμολόγησης ηλεκτροδίων μεμβράνης για αποτελεσματική ηλεκτροχημική μετατροπή του CO2 σε μυρμηκικό οξύ, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Εάν αντιμετωπίσετε κάποιο τυπογραφικό λάθος, ανακρίβεια ή θέλετε να υποβάλετε αίτημα για επεξεργασία περιεχομένου σε αυτήν τη σελίδα, χρησιμοποιήστε αυτήν τη φόρμα. Για γενικές ερωτήσεις, χρησιμοποιήστε τη φόρμα επικοινωνίας μας. Για γενικά σχόλια, χρησιμοποιήστε την παρακάτω ενότητα δημόσιων σχολίων (ακολουθήστε τις οδηγίες).
Τα σχόλιά σας είναι πολύ σημαντικά για εμάς. Ωστόσο, λόγω του μεγάλου όγκου μηνυμάτων, δεν μπορούμε να εγγυηθούμε μια εξατομικευμένη απάντηση.
Η διεύθυνση email σας χρησιμοποιείται μόνο για να ενημερώνει τους παραλήπτες ποιος έστειλε το email. Ούτε η διεύθυνσή σας ούτε η διεύθυνση του παραλήπτη θα χρησιμοποιηθούν για κανέναν άλλο σκοπό. Οι πληροφορίες που εισάγετε θα εμφανίζονται στο email σας και δεν θα αποθηκεύονται από το Tech Xplore σε καμία μορφή.
Αυτός ο ιστότοπος χρησιμοποιεί cookies για να διευκολύνει την πλοήγηση, να αναλύσει τη χρήση των υπηρεσιών μας από εσάς, να συλλέξει δεδομένα εξατομίκευσης διαφημίσεων και να παρέχει περιεχόμενο από τρίτους. Χρησιμοποιώντας τον ιστότοπό μας, αναγνωρίζετε ότι έχετε διαβάσει και κατανοήσει την Πολιτική Απορρήτου και τους Όρους Χρήσης μας.