Цю статтю було переглянуто відповідно до редакційних процедур та політик Science X. Редактори наголосили на таких якостях, забезпечуючи при цьому цілісність змісту:
Вуглекислий газ (CO2) є одночасно важливим ресурсом для життя на Землі та парниковим газом, що сприяє глобальному потеплінню. Сьогодні вчені вивчають вуглекислий газ як перспективний ресурс для виробництва відновлюваних низьковуглецевих видів палива та високоцінних хімічних продуктів.
Завдання дослідників полягає у визначенні ефективних та економічно вигідних способів перетворення вуглекислого газу на високоякісні вуглецеві проміжні продукти, такі як монооксид вуглецю, метанол або мурашина кислота.
Дослідницька група під керівництвом К. К. Нойерліна з Національної лабораторії відновлюваної енергії (NREL) та її співробітників з Аргоннської національної лабораторії та Оук-Ріджської національної лабораторії знайшла багатообіцяюче рішення цієї проблеми. Команда розробила метод перетворення мурашиної кислоти з вуглекислого газу з використанням відновлюваної електроенергії з високою енергоефективністю та довговічністю.
Дослідження під назвою «Масштабована архітектура збірки мембранного електрода для ефективного електрохімічного перетворення вуглекислого газу в мурашину кислоту» було опубліковано в журналі Nature Communications.
Мурашина кислота є потенційним хімічним проміжним продуктом із широким спектром застосування, особливо як сировина в хімічній або біологічній промисловості. Мурашину кислоту також було визначено як сировину для біопереробки в чисте авіаційне паливо.
Електроліз CO2 призводить до відновлення CO2 до хімічних проміжних продуктів, таких як мурашина кислота, або молекул, таких як етилен, коли до електролітичної комірки прикладається електричний потенціал.
Мембранно-електродний вузол (MEA) в електролізері зазвичай складається з іонопровідної мембрани (катіоно- або аніонообмінної мембрани), розташованої між двома електродами, що складаються з електрокаталізатора та іонопровідного полімеру.
Використовуючи досвід команди в технологіях паливних елементів та електролізі водню, вони вивчили кілька конфігурацій MEA в електролітичних елементах, щоб порівняти електрохімічне відновлення CO2 до мурашиної кислоти.
Ґрунтуючись на аналізі відмов різних конструкцій, команда прагнула використати обмеження існуючих наборів матеріалів, зокрема відсутність затримки іонів у сучасних аніонообмінних мембранах, та спростити загальну конструкцію системи.
Винахід К. С. Найєрліна та Леймінга Ху з NREL полягав у вдосконаленому електролізері MEA з використанням нової перфорованої катіонообмінної мембрани. Ця перфорована мембрана забезпечує стабільне, високоселективне виробництво мурашиної кислоти та спрощує конструкцію завдяки використанню готових компонентів.
«Результати цього дослідження представляють собою зміну парадигми в електрохімічному виробництві органічних кислот, таких як мурашина кислота», – сказав співавтор Найєрлін. «Перфорована мембранна структура зменшує складність попередніх конструкцій, а також може бути використана для підвищення енергоефективності та довговічності інших пристроїв електрохімічного перетворення вуглекислого газу».
Як і у випадку з будь-яким науковим проривом, важливо розуміти фактори вартості та економічну доцільність. Працюючи в різних відділах, дослідники NREL Чже Хуан та Тао Лін представили техніко-економічний аналіз, що визначає шляхи досягнення паритету витрат із сучасними промисловими процесами виробництва мурашиної кислоти, коли вартість відновлюваної електроенергії становить 2,3 цента за кіловат-годину або нижче.
«Команда досягла цих результатів, використовуючи комерційно доступні каталізатори та полімерні мембранні матеріали, створюючи при цьому конструкцію MEA, яка використовує масштабованість сучасних паливних елементів та установок електролізу водню», — сказав Найєрлін.
«Результати цього дослідження можуть допомогти перетворити вуглекислий газ на паливо та хімічні речовини з використанням відновлюваної електроенергії та водню, прискорюючи перехід до масштабування та комерціалізації».
Технології електрохімічного перетворення є ключовим елементом програми NREL «Електрони в молекули», яка зосереджена на відновлюваному водні наступного покоління, нульовому паливі, хімікатах та матеріалах для електрично керованих процесів.
«Наша програма досліджує способи використання відновлюваної електроенергії для перетворення таких молекул, як вуглекислий газ і вода, на сполуки, які можуть служити джерелами енергії», — сказав Ренді Кортрайт, директор NREL з переносу електронів та/або стратегії прекурсорів для виробництва палива чи хімічних речовин.
«Це дослідження електрохімічного перетворення є проривом, який можна використовувати в низці процесів електрохімічного перетворення, і ми з нетерпінням чекаємо на більш багатообіцяючі результати від цієї групи».
Додаткова інформація: Leiming Hu et al., Масштабована архітектура збірки мембранного електрода для ефективного електрохімічного перетворення CO2 у мурашину кислоту, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Якщо ви зіткнулися з друкарською помилкою, неточністю або хочете надіслати запит на редагування вмісту на цій сторінці, будь ласка, скористайтеся цією формою. Для загальних питань, будь ласка, скористайтеся нашою контактною формою. Для загальних відгуків скористайтеся розділом публічних коментарів нижче (дотримуйтесь інструкцій).
Ваш відгук дуже важливий для нас. Однак, через велику кількість повідомлень, ми не можемо гарантувати персоналізовану відповідь.
Ваша адреса електронної пошти використовується лише для того, щоб повідомити одержувачам, хто надіслав електронний лист. Ні ваша адреса, ні адреса одержувача не використовуватимуться для жодної іншої мети. Введена вами інформація відображатиметься у вашому електронному листі та не зберігатиметься Tech Xplore у жодній формі.
Цей веб-сайт використовує файли cookie для полегшення навігації, аналізу використання вами наших послуг, збору даних для персоналізації реклами та надання контенту від третіх сторін. Використовуючи наш веб-сайт, ви підтверджуєте, що прочитали та зрозуміли нашу Політику конфіденційності та Умови використання.