Aquest article ha estat revisat d'acord amb els procediments i les polítiques editorials de Science X. Els editors han emfatitzat les qualitats següents, tot garantint la integritat del contingut:
El diòxid de carboni (CO2) és un recurs essencial per a la vida a la Terra i un gas d'efecte hivernacle que contribueix a l'escalfament global. Avui dia, els científics estudien el diòxid de carboni com un recurs prometedor per a la producció de combustibles renovables i baixos en carboni i productes químics d'alt valor.
El repte per als investigadors és identificar maneres eficients i rendibles de convertir el diòxid de carboni en intermediaris de carboni d'alta qualitat com ara monòxid de carboni, metanol o àcid fòrmic.
Un equip de recerca dirigit per KK Neuerlin del Laboratori Nacional d'Energies Renovables (NREL) i col·laboradors del Laboratori Nacional Argonne i del Laboratori Nacional Oak Ridge ha trobat una solució prometedora a aquest problema. L'equip ha desenvolupat un mètode de conversió per produir àcid fòrmic a partir de diòxid de carboni utilitzant electricitat renovable amb alta eficiència energètica i durabilitat.
L'estudi, titulat "Arquitectura de muntatge d'elèctrodes de membrana escalable per a una conversió electroquímica eficient de diòxid de carboni a àcid fòrmic", es va publicar a la revista Nature Communications.
L'àcid fòrmic és un intermediari químic potencial amb una àmplia gamma d'aplicacions, especialment com a matèria primera en les indústries químiques o biològiques. L'àcid fòrmic també s'ha identificat com a matèria primera per a la biorefinació en combustible d'aviació net.
L'electròlisi del CO2 provoca la reducció del CO2 a intermediaris químics com l'àcid fòrmic o molècules com l'etilè quan s'aplica un potencial elèctric a la cel·la electrolítica.
El conjunt membrana-elèctrode (MEA) en un electrolitzador consisteix típicament en una membrana conductora d'ions (membrana d'intercanvi catiònic o aniònic) intercalada entre dos elèctrodes que consisteixen en un electrocatalitzador i un polímer conductor d'ions.
Utilitzant l'experiència de l'equip en tecnologies de piles de combustible i electròlisi d'hidrogen, van estudiar diverses configuracions MEA en cel·les electrolítiques per comparar la reducció electroquímica de CO2 a àcid fòrmic.
Basant-se en l'anàlisi de fallades de diversos dissenys, l'equip va intentar aprofitar les limitacions dels conjunts de materials existents, en particular la manca de rebuig d'ions a les membranes d'intercanvi d'anions actuals, i simplificar el disseny general del sistema.
La invenció de KS Neierlin i Leiming Hu de NREL va ser un electrolitzador MEA millorat que utilitzava una nova membrana d'intercanvi catiònic perforada. Aquesta membrana perforada proporciona una producció d'àcid fòrmic consistent i altament selectiva, i simplifica el disseny mitjançant l'ús de components estàndard.
«Els resultats d'aquest estudi representen un canvi de paradigma en la producció electroquímica d'àcids orgànics com l'àcid fòrmic», va dir el coautor Neierlin. «L'estructura de membrana perforada redueix la complexitat dels dissenys anteriors i també es pot utilitzar per millorar l'eficiència energètica i la durabilitat d'altres dispositius electroquímics de conversió de diòxid de carboni».
Com passa amb qualsevol avenç científic, és important entendre els factors de cost i la viabilitat econòmica. Treballant entre departaments, els investigadors del NREL Zhe Huang i Tao Ling van presentar una anàlisi tecnoeconòmica que identificava maneres d'aconseguir la paritat de costos amb els processos industrials actuals de producció d'àcid fòrmic quan el cost de l'electricitat renovable és igual o inferior a 2,3 centaus per quilowatt-hora.
«L'equip va aconseguir aquests resultats utilitzant catalitzadors disponibles comercialment i materials de membrana polimèrica, alhora que va crear un disseny MEA que aprofita l'escalabilitat de les piles de combustible modernes i les plantes d'electròlisi d'hidrogen», va dir Neierlin.
"Els resultats d'aquesta investigació podrien ajudar a convertir el diòxid de carboni en combustibles i productes químics mitjançant electricitat renovable i hidrogen, accelerant la transició cap a l'escalat i la comercialització."
Les tecnologies de conversió electroquímica són un element central del programa Electrons to Molecules de NREL, que se centra en l'hidrogen renovable de nova generació, zero combustibles, productes químics i materials per a processos impulsats elèctricament.
«El nostre programa està explorant maneres d'utilitzar l'electricitat renovable per convertir molècules com el diòxid de carboni i l'aigua en compostos que puguin servir com a fonts d'energia», va dir Randy Cortright, director de l'estratègia de transferència d'electrons i/o precursors de NREL per a la producció de combustible o productes químics.
"Aquesta investigació sobre la conversió electroquímica proporciona un gran avenç que es pot utilitzar en una sèrie de processos de conversió electroquímica, i esperem obtenir resultats més prometedors d'aquest grup."
Més informació: Leiming Hu et al., Arquitectura de muntatge d'elèctrodes de membrana escalable per a una conversió electroquímica eficient de CO2 a àcid fòrmic, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Si trobeu una errada tipogràfica, una inexactitud o voleu enviar una sol·licitud per editar el contingut d'aquesta pàgina, utilitzeu aquest formulari. Per a preguntes generals, utilitzeu el nostre formulari de contacte. Per a comentaris generals, utilitzeu la secció de comentaris públics que hi ha a continuació (seguiu les instruccions).
Els vostres comentaris són molt importants per a nosaltres. Tanmateix, a causa de l'elevat volum de missatges, no podem garantir una resposta personalitzada.
La teva adreça electrònica només s'utilitza per indicar als destinataris qui ha enviat el correu electrònic. Ni la teva adreça ni l'adreça del destinatari s'utilitzaran per a cap altre propòsit. La informació que introdueixis apareixerà al teu correu electrònic i Tech Xplore no l'emmagatzemarà de cap manera.
Aquest lloc web utilitza cookies per facilitar la navegació, analitzar l'ús que feu dels nostres serveis, recopilar dades de personalització de publicitat i proporcionar contingut de tercers. En utilitzar el nostre lloc web, reconeixeu que heu llegit i entès la nostra Política de privacitat i les Condicions d'ús.