Hierdie artikel is hersien in ooreenstemming met Science X se redaksionele prosedures en beleide. Die redakteurs het die volgende eienskappe beklemtoon terwyl die integriteit van die inhoud verseker is:
Koolstofdioksied (CO2) is beide 'n noodsaaklike hulpbron vir lewe op Aarde en 'n kweekhuisgas wat bydra tot aardverwarming. Vandag bestudeer wetenskaplikes koolstofdioksied as 'n belowende hulpbron vir die produksie van hernubare, lae-koolstofbrandstowwe en hoëwaarde-chemiese produkte.
Die uitdaging vir navorsers is om doeltreffende en koste-effektiewe maniere te identifiseer om koolstofdioksied in hoëgehalte-koolstoftussenprodukte soos koolstofmonoksied, metanol of mieresuur om te skakel.
'n Navorsingspan onder leiding van KK Neuerlin van die Nasionale Hernubare Energielaboratorium (NREL) en medewerkers by die Argonne Nasionale Laboratorium en die Oak Ridge Nasionale Laboratorium het 'n belowende oplossing vir hierdie probleem gevind. Die span het 'n omskakelingsmetode ontwikkel om miersuur uit koolstofdioksied te produseer deur hernubare elektrisiteit met hoë energie-doeltreffendheid en duursaamheid te gebruik.
Die studie, getiteld “Skaalbare membraanelektrode-samestellingsargitektuur vir doeltreffende elektrochemiese omskakeling van koolstofdioksied na mieresuur,” is in die tydskrif Nature Communications gepubliseer.
Mieresuur is 'n potensiële chemiese tussenproduk met 'n wye reeks toepassings, veral as 'n grondstof in die chemiese of biologiese nywerhede. Mieresuur is ook geïdentifiseer as 'n grondstof vir bioraffinering tot skoon lugvaartbrandstof.
Elektrolise van CO2 lei tot die reduksie van CO2 tot chemiese tussenprodukte soos mieresuur of molekules soos etileen wanneer 'n elektriese potensiaal op die elektrolitiese sel toegepas word.
Die membraan-elektrode-samestelling (MEA) in 'n elektroliseerder bestaan ​​tipies uit 'n ioongeleidende membraan (kation- of anioonuitruilingsmembraan) wat tussen twee elektrodes, bestaande uit 'n elektrokatalisator en 'n ioongeleidende polimeer, geplaas is.
Deur gebruik te maak van die span se kundigheid in brandstofseltegnologieë en waterstofelektrolise, het hulle verskeie MEA-konfigurasies in elektrolitiese selle bestudeer om die elektrochemiese reduksie van CO2 tot mieresuur te vergelyk.
Gebaseer op mislukkingsanalise van verskeie ontwerpe, het die span gepoog om die beperkings van bestaande materiaalstelle te benut, veral die gebrek aan ioonverwerping in huidige anioonuitruilmembrane, en die algehele stelselontwerp te vereenvoudig.
Die uitvinding deur KS Neierlin en Leiming Hu van NREL was 'n verbeterde MEA-elektroliseerder wat 'n nuwe geperforeerde katioonuitruilmembraan gebruik. Hierdie geperforeerde membraan bied konsekwente, hoogs selektiewe miersuurproduksie en vereenvoudig ontwerp deur gebruik te maak van gereedgemaakte komponente.
“Die resultate van hierdie studie verteenwoordig 'n paradigmaskuif in die elektrochemiese produksie van organiese sure soos miersuur,” het mede-outeur Neierlin gesê. “Die geperforeerde membraanstruktuur verminder die kompleksiteit van vorige ontwerpe en kan ook gebruik word om die energie-doeltreffendheid en duursaamheid van ander elektrochemiese koolstofdioksied-omskakelingstoestelle te verbeter.”
Soos met enige wetenskaplike deurbraak, is dit belangrik om die kostefaktore en ekonomiese haalbaarheid te verstaan. Deur oor departemente heen te werk, het NREL-navorsers Zhe Huang en Tao Ling 'n tegnologie-ekonomiese analise aangebied wat maniere identifiseer om kostepariteit te bereik met vandag se industriële mieresuurproduksieprosesse wanneer die koste van hernubare elektrisiteit op of onder 2,3 sent per kilowattuur is.
“Die span het hierdie resultate behaal deur kommersieel beskikbare katalisators en polimeermembraanmateriale te gebruik, terwyl hulle 'n MEA-ontwerp geskep het wat voordeel trek uit die skaalbaarheid van moderne brandstofselle en waterstofelektrolise-aanlegte,” het Neierlin gesê.
“Die resultate van hierdie navorsing kan help om koolstofdioksied in brandstowwe en chemikalieë om te skakel deur hernubare elektrisiteit en waterstof te gebruik, wat die oorgang na opskaling en kommersialisering versnel.”
Elektrochemiese omskakelingstegnologieë is 'n kernelement van NREL se Elektrone na Molekules-program, wat fokus op die volgende generasie hernubare waterstof, geen brandstowwe, chemikalieë en materiale vir elektries aangedrewe prosesse nie.
“Ons program ondersoek maniere om hernubare elektrisiteit te gebruik om molekules soos koolstofdioksied en water in verbindings te omskep wat as energiebronne kan dien,” het Randy Cortright, direkteur van NREL se elektronoordrag- en/of voorlopersstrategie vir brandstofproduksie of chemikalieë, gesê.
“Hierdie elektrochemiese omskakelingsnavorsing bied 'n deurbraak wat in 'n reeks elektrochemiese omskakelingsprosesse gebruik kan word, en ons sien uit na meer belowende resultate van hierdie groep.”
Verdere inligting: Leiming Hu et al., Skaalbare membraan-elektrode-samestellingsargitektuur vir doeltreffende elektrochemiese omskakeling van CO2 na miersuur, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Indien u 'n tikfout, onakkuraatheid teëkom, of 'n versoek wil indien om inhoud op hierdie bladsy te wysig, gebruik asseblief hierdie vorm. Vir algemene vrae, gebruik asseblief ons kontakvorm. Vir algemene terugvoer, gebruik die openbare kommentaarafdeling hieronder (volg die instruksies).
Jou terugvoer is baie belangrik vir ons. As gevolg van die hoë volume boodskappe kan ons egter nie 'n persoonlike reaksie waarborg nie.
Jou e-posadres word slegs gebruik om ontvangers te vertel wie die e-pos gestuur het. Nóg jou adres nóg die ontvanger se adres sal vir enige ander doel gebruik word. Die inligting wat jy invoer, sal in jou e-pos verskyn en sal nie deur Tech Xplore in enige vorm gestoor word nie.
Hierdie webwerf gebruik koekies om navigasie te vergemaklik, jou gebruik van ons dienste te analiseer, advertensiepersonaliseringsdata in te samel en inhoud van derde partye te verskaf. Deur ons webwerf te gebruik, erken jy dat jy ons Privaatheidsbeleid en Gebruiksvoorwaardes gelees en verstaan ​​het.