Este artigo foi revisado de acordo cos procedementos e políticas editoriais de Science X. Os editores destacaron as seguintes calidades, garantindo ao mesmo tempo a integridade do contido:
O dióxido de carbono (CO2) é un recurso esencial para a vida na Terra e un gas de efecto invernadoiro que contribúe ao quecemento global. Hoxe en día, os científicos estudan o dióxido de carbono como un recurso prometedor para a produción de combustibles renovables e baixos en carbono e produtos químicos de alto valor.
O reto para os investigadores é identificar xeitos eficientes e rendibles de converter o dióxido de carbono en intermediarios de carbono de alta calidade, como o monóxido de carbono, o metanol ou o ácido fórmico.
Un equipo de investigación dirixido por KK Neuerlin do Laboratorio Nacional de Enerxías Renovables (NREL) e colaboradores do Laboratorio Nacional Argonne e do Laboratorio Nacional Oak Ridge atopou unha solución prometedora para este problema. O equipo desenvolveu un método de conversión para producir ácido fórmico a partir de dióxido de carbono utilizando electricidade renovable con alta eficiencia enerxética e durabilidade.
O estudo, titulado “Arquitectura de ensamblaxe de eléctrodos de membrana escalable para a conversión electroquímica eficiente de dióxido de carbono en ácido fórmico”, publicouse na revista Nature Communications.
O ácido fórmico é un posible intermedio químico cunha ampla gama de aplicacións, especialmente como materia prima nas industrias química ou biolóxica. O ácido fórmico tamén foi identificado como materia prima para a biorrefinación en combustible de aviación limpo.
A electrólise do CO2 provoca a redución do CO2 a intermediarios químicos como o ácido fórmico ou moléculas como o etileno cando se aplica un potencial eléctrico á cela electrolítica.
O conxunto membrana-electródo (MEA) nun electrolizador consiste normalmente nunha membrana condutora de ións (membrana de intercambio catiónico ou aniónico) intercalada entre dous eléctrodos que constan dun electrocatalizador e un polímero condutor de ións.
Aproveitando a experiencia do equipo en tecnoloxías de pilas de combustible e electrólise de hidróxeno, estudaron varias configuracións MEA en celas electrolíticas para comparar a redución electroquímica de CO2 a ácido fórmico.
Baseándose na análise de fallos de varios deseños, o equipo procurou aproveitar as limitacións dos conxuntos de materiais existentes, en particular a falta de rexeitamento de ións nas membranas de intercambio aniónico actuais, e simplificar o deseño xeral do sistema.
A invención de KS Neierlin e Leiming Hu de NREL foi un electrolizador MEA mellorado que empregaba unha nova membrana de intercambio catiónico perforada. Esta membrana perforada proporciona unha produción de ácido fórmico consistente e altamente selectiva e simplifica o deseño mediante o uso de compoñentes estándar.
«Os resultados deste estudo representan un cambio de paradigma na produción electroquímica de ácidos orgánicos como o ácido fórmico», afirmou o coautor Neierlin. «A estrutura da membrana perforada reduce a complexidade dos deseños anteriores e tamén se pode empregar para mellorar a eficiencia enerxética e a durabilidade doutros dispositivos electroquímicos de conversión de dióxido de carbono».
Como ocorre con calquera avance científico, é importante comprender os factores de custo e a viabilidade económica. Traballando en todos os departamentos, os investigadores do NREL Zhe Huang e Tao Ling presentaron unha análise tecnoeconómica que identifica formas de lograr a paridade de custos cos procesos industriais actuais de produción de ácido fórmico cando o custo da electricidade renovable sexa igual ou inferior a 2,3 centavos por quilovatio-hora.
«O equipo conseguiu estes resultados empregando catalizadores e materiais de membrana polimérica dispoñibles comercialmente, á vez que creou un deseño MEA que aproveita a escalabilidade das pilas de combustible modernas e das plantas de electrólise de hidróxeno», dixo Neierlin.
"Os resultados desta investigación poderían axudar a converter o dióxido de carbono en combustibles e produtos químicos utilizando electricidade e hidróxeno renovables, acelerando a transición cara á ampliación e a comercialización."
As tecnoloxías de conversión electroquímica son un elemento central do programa Electrons to Molecules do NREL, que se centra no hidróxeno renovable de próxima xeración, combustibles cero, produtos químicos e materiais para procesos impulsados ​​electricamente.
«O noso programa está a explorar xeitos de empregar a electricidade renovable para converter moléculas como o dióxido de carbono e a auga en compostos que poidan servir como fontes de enerxía», afirmou Randy Cortright, director da estratexia de transferencia de electróns e/ou precursores do NREL para a produción de combustible ou produtos químicos.
"Esta investigación sobre a conversión electroquímica supón un avance que se pode empregar nunha serie de procesos de conversión electroquímica, e agardamos con interese resultados máis prometedores deste grupo".
Máis información: Leiming Hu et al., Arquitectura de ensamblaxe de eléctrodos de membrana escalable para unha conversión electroquímica eficiente de CO2 a ácido fórmico, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Se atopas algún erro tipográfico, inexactitude ou queres enviar unha solicitude para editar contido desta páxina, usa este formulario. Para preguntas xerais, usa o noso formulario de contacto. Para comentarios xerais, usa a sección de comentarios públicos a continuación (segue as instrucións).
Os teus comentarios son moi importantes para nós. Non obstante, debido ao gran volume de mensaxes, non podemos garantir unha resposta personalizada.
O teu enderezo de correo electrónico só se usa para indicarlles aos destinatarios quen enviou o correo electrónico. Nin o teu enderezo nin o enderezo do destinatario se usarán para ningún outro propósito. A información que introduzas aparecerá no teu correo electrónico e Tech Xplore non a almacenará de ningún xeito.
Este sitio web utiliza cookies para facilitar a navegación, analizar o uso que fas dos nosos servizos, recompilar datos de personalización da publicidade e proporcionar contido de terceiros. Ao usar o noso sitio web, recoñeces que liches e comprendes a nosa Política de privacidade e as nosas Condicións de uso.