Denna artikel har granskats i enlighet med Science X:s redaktionella rutiner och policyer. Redaktörerna har betonat följande egenskaper samtidigt som de säkerställt innehållets integritet:
Koldioxid (CO2) är både en viktig resurs för livet på jorden och en växthusgas som bidrar till global uppvärmning. Idag studerar forskare koldioxid som en lovande resurs för produktion av förnybara bränslen med låga koldioxidutsläpp och högvärdiga kemiska produkter.
Utmaningen för forskare är att identifiera effektiva och kostnadseffektiva sätt att omvandla koldioxid till högkvalitativa kolintermediärer som kolmonoxid, metanol eller myrsyra.
Ett forskarteam lett av KK Neuerlin från National Renewable Energy Laboratory (NREL) och medarbetare vid Argonne National Laboratory och Oak Ridge National Laboratory har hittat en lovande lösning på detta problem. Teamet utvecklade en omvandlingsmetod för att producera myrsyra från koldioxid med hjälp av förnybar elektricitet med hög energieffektivitet och hållbarhet.
Studien, med titeln ”Skalbar membranelektrodmonteringsarkitektur för effektiv elektrokemisk omvandling av koldioxid till myrsyra”, publicerades i tidskriften Nature Communications.
Myrsyra är en potentiell kemisk intermediär med ett brett användningsområde, särskilt som råvara inom kemisk eller biologisk industri. Myrsyra har också identifierats som råvara för bioraffinering till rent flygbränsle.
Elektrolys av CO2 resulterar i reduktion av CO2 till kemiska mellanprodukter såsom myrsyra eller molekyler såsom etylen när en elektrisk potential appliceras på den elektrolytiska cellen.
Membran-elektrod-enheten (MEA) i en elektrolysör består vanligtvis av ett jonledande membran (katjon- eller anjonbytesmembran) inklämt mellan två elektroder bestående av en elektrokatalysator och en jonledande polymer.
Med hjälp av teamets expertis inom bränslecellsteknik och väteelektrolys studerade de flera MEA-konfigurationer i elektrolytiska celler för att jämföra den elektrokemiska reduktionen av CO2 till myrsyra.
Baserat på felanalys av olika konstruktioner försökte teamet utnyttja begränsningarna hos befintliga materialuppsättningar, särskilt bristen på jonavstötning i nuvarande anjonbytesmembran, och förenkla den övergripande systemdesignen.
Uppfinningen av KS Neierlin och Leiming Hu från NREL var en förbättrad MEA-elektrolysör som använde ett nytt perforerat katjonbytesmembran. Detta perforerade membran ger en konsekvent, mycket selektiv myrsyraproduktion och förenklar designen genom att använda standardkomponenter.
”Resultaten av denna studie representerar ett paradigmskifte inom den elektrokemiska produktionen av organiska syror såsom myrsyra”, säger medförfattaren Neierlin. ”Den perforerade membranstrukturen minskar komplexiteten hos tidigare konstruktioner och kan också användas för att förbättra energieffektiviteten och hållbarheten hos andra elektrokemiska koldioxidomvandlingsenheter.”
Som med alla vetenskapliga genombrott är det viktigt att förstå kostnadsfaktorerna och den ekonomiska genomförbarheten. NREL-forskarna Zhe Huang och Tao Ling, som arbetade över olika avdelningar, presenterade en teknoekonomisk analys som identifierade sätt att uppnå kostnadsparitet med dagens industriella myrsyraproduktionsprocesser när kostnaden för förnybar el är på eller under 2,3 cent per kilowattimme.
"Teamet uppnådde dessa resultat med hjälp av kommersiellt tillgängliga katalysatorer och polymermembranmaterial, samtidigt som de skapade en MEA-design som utnyttjar skalbarheten hos moderna bränsleceller och väteelektrolysanläggningar", sa Neierlin.
”Resultaten av denna forskning skulle kunna bidra till att omvandla koldioxid till bränslen och kemikalier med hjälp av förnybar elektricitet och väte, vilket påskyndar övergången till uppskalning och kommersialisering.”
Elektrokemiska omvandlingstekniker är en kärnkomponent i NREL:s program Elektroner till molekyler, som fokuserar på nästa generations förnybara väte, noll bränslen, kemikalier och material för elektriskt drivna processer.
”Vårt program utforskar sätt att använda förnybar elektricitet för att omvandla molekyler som koldioxid och vatten till föreningar som kan fungera som energikällor”, säger Randy Cortright, chef för NREL:s strategi för elektronöverföring och/eller prekursorer för bränsleproduktion eller kemikalier.
”Denna forskning inom elektrokemisk omvandling ger ett genombrott som kan användas i en rad olika elektrokemiska omvandlingsprocesser, och vi ser fram emot mer lovande resultat från denna grupp.”
Ytterligare information: Leiming Hu et al., Skalbar membranelektrodmonteringsarkitektur för effektiv elektrokemisk omvandling av CO2 till myrsyra, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Om du stöter på ett stavfel, felaktigheter eller vill skicka in en begäran om att redigera innehållet på den här sidan, vänligen använd det här formuläret. För allmänna frågor, vänligen använd vårt kontaktformulär. För allmän feedback, använd kommentarsfältet nedan (följ instruktionerna).
Din feedback är mycket viktig för oss. På grund av det stora antalet meddelanden kan vi dock inte garantera ett personligt svar.
Din e-postadress används endast för att informera mottagarna om vem som skickade e-postmeddelandet. Varken din adress eller mottagarens adress kommer att användas för något annat ändamål. Informationen du anger kommer att visas i ditt e-postmeddelande och kommer inte att lagras av Tech Xplore i någon form.
Denna webbplats använder cookies för att underlätta navigering, analysera din användning av våra tjänster, samla in personaliseringsdata för annonser och tillhandahålla innehåll från tredje part. Genom att använda vår webbplats bekräftar du att du har läst och förstått vår integritetspolicy och våra användarvillkor.