Denne artikkelen har blitt gjennomgått i samsvar med Science X sine redaksjonelle prosedyrer og retningslinjer. Redaktørene har lagt vekt på følgende kvaliteter samtidig som de har sikret innholdets integritet:
Karbondioksid (CO2) er både en viktig ressurs for liv på jorden og en klimagass som bidrar til global oppvarming. I dag studerer forskere karbondioksid som en lovende ressurs for produksjon av fornybart, lavkarbonbrensel og kjemiske produkter med høy verdi.
Utfordringen for forskere er å identifisere effektive og kostnadseffektive måter å omdanne karbondioksid til høykvalitets karbonmellomprodukter som karbonmonoksid, metanol eller maursyre.
Et forskerteam ledet av KK Neuerlin fra National Renewable Energy Laboratory (NREL) og samarbeidspartnere ved Argonne National Laboratory og Oak Ridge National Laboratory har funnet en lovende løsning på dette problemet. Teamet utviklet en konverteringsmetode for å produsere maursyre fra karbondioksid ved hjelp av fornybar elektrisitet med høy energieffektivitet og holdbarhet.
Studien, med tittelen «Skalerbar membranelektrodemonteringsarkitektur for effektiv elektrokjemisk omdannelse av karbondioksid til maursyre», ble publisert i tidsskriftet Nature Communications.
Maursyre er et potensielt kjemisk mellomprodukt med et bredt spekter av bruksområder, spesielt som råmateriale i kjemisk eller biologisk industri. Maursyre har også blitt identifisert som et råstoff for bioraffinering til rent flydrivstoff.
Elektrolyse av CO2 resulterer i reduksjon av CO2 til kjemiske mellomprodukter som maursyre eller molekyler som etylen når et elektrisk potensial påføres den elektrolysecellen.
Membran-elektrode-enheten (MEA) i en elektrolysør består vanligvis av en ioneledende membran (kation- eller anionbyttermembran) klemt mellom to elektroder bestående av en elektrokatalysator og en ioneledende polymer.
Ved å bruke teamets ekspertise innen brenselcelleteknologi og hydrogenelektrolyse, studerte de flere MEA-konfigurasjoner i elektrolyseceller for å sammenligne den elektrokjemiske reduksjonen av CO2 til maursyre.
Basert på feilanalyse av ulike design, forsøkte teamet å utnytte begrensningene i eksisterende materialsett, spesielt mangelen på ionavstøtning i nåværende anionbyttermembraner, og forenkle den overordnede systemdesignen.
Oppfinnelsen av KS Neierlin og Leiming Hu fra NREL var en forbedret MEA-elektrolysør som bruker en ny perforert kationbyttermembran. Denne perforerte membranen gir konsistent, svært selektiv maursyreproduksjon og forenkler design ved å bruke standardkomponenter.
«Resultatene fra denne studien representerer et paradigmeskifte i den elektrokjemiske produksjonen av organiske syrer som maursyre», sa medforfatter Neierlin. «Den perforerte membranstrukturen reduserer kompleksiteten til tidligere design og kan også brukes til å forbedre energieffektiviteten og holdbarheten til andre elektrokjemiske karbondioksidkonverteringsenheter.»
Som med ethvert vitenskapelig gjennombrudd er det viktig å forstå kostnadsfaktorene og den økonomiske gjennomførbarheten. NREL-forskerne Zhe Huang og Tao Ling jobbet på tvers av avdelinger og presenterte en teknoøkonomisk analyse som identifiserte måter å oppnå kostnadsparitet med dagens industrielle maursyreproduksjonsprosesser når kostnaden for fornybar elektrisitet er på eller under 2,3 cent per kilowattime.
«Teamet oppnådde disse resultatene ved hjelp av kommersielt tilgjengelige katalysatorer og polymermembranmaterialer, samtidig som de skapte en MEA-design som utnytter skalerbarheten til moderne brenselceller og hydrogenelektrolyseanlegg», sa Neierlin.
«Resultatene av denne forskningen kan bidra til å omdanne karbondioksid til drivstoff og kjemikalier ved hjelp av fornybar elektrisitet og hydrogen, noe som kan akselerere overgangen til oppskalering og kommersialisering.»
Elektrokjemiske konverteringsteknologier er et kjerneelement i NRELs «Electrons to Molecules»-program, som fokuserer på neste generasjons fornybar hydrogen, null drivstoff, kjemikalier og materialer for elektrisk drevne prosesser.
«Programmet vårt utforsker måter å bruke fornybar elektrisitet til å omdanne molekyler som karbondioksid og vann til forbindelser som kan tjene som energikilder», sa Randy Cortright, direktør for NRELs elektronoverførings- og/eller forløperstrategi for drivstoffproduksjon eller kjemikalier.»
«Denne forskningen på elektrokjemisk konvertering gir et gjennombrudd som kan brukes i en rekke elektrokjemiske konverteringsprosesser, og vi ser frem til flere lovende resultater fra denne gruppen.»
Ytterligere informasjon: Leiming Hu et al., Skalerbar membranelektrodemonteringsarkitektur for effektiv elektrokjemisk omdannelse av CO2 til maursyre, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Hvis du støter på en skrivefeil, unøyaktighet eller ønsker å sende inn en forespørsel om å redigere innhold på denne siden, kan du bruke dette skjemaet. For generelle spørsmål kan du bruke kontaktskjemaet vårt. For generell tilbakemelding kan du bruke kommentarfeltet nedenfor (følg instruksjonene).
Tilbakemeldingen din er svært viktig for oss. På grunn av det store antallet meldinger kan vi imidlertid ikke garantere et personlig svar.
E-postadressen din brukes kun til å fortelle mottakerne hvem som sendte e-posten. Verken din adresse eller mottakerens adresse vil bli brukt til noe annet formål. Informasjonen du oppgir vil vises i e-posten din og vil ikke bli lagret av Tech Xplore i noen form.
Dette nettstedet bruker informasjonskapsler for å forenkle navigasjonen, analysere bruken din av tjenestene våre, samle inn personaliseringsdata for annonsering og levere innhold fra tredjeparter. Ved å bruke nettstedet vårt, godtar du at du har lest og forstått vår personvernerklæring og våre bruksvilkår.