Wetenschappers van Stanford University hebben elektrochemische cellen ontwikkeld die koolmonoxide (CO) uit CO . omzetten ₂ effectiever en efficiënter om te zetten in commercieel levensvatbare verbindingen dan bestaande technologieën. Hun onderzoek, gepubliceerd op 25 oktober in het tijdschrift Joule , biedt een nieuwe strategie voor het afvangen van CO ₂ en het omzetten in chemische grondstoffen.

CO ₂ afvang uit emissiebronnen is een aantrekkelijke optie om klimaatverandering tegen te gaan, maar het is een duur proces om een ​​product te oogsten zonder commerciële waarde. Echter, wetenschappers kunnen waarde toevoegen aan afgevangen CO ₂ door middel van elektrolyse, een techniek die een elektrische stroom gebruikt om verbindingen af ​​te breken, om het om te zetten in meer gewenste producten zoals ethyleen voor de productie van polymeren of acetaat als reagens voor chemische synthese.

"C2-producten zoals ethyleen, acetaat, en ethanol zijn inherent waardevoller dan C1-producten zoals methaan omdat ze veelzijdige chemische grondstoffen zijn, " zegt senior auteur Matthew Kanan, een universitair hoofddocent scheikunde aan de Stanford University.

Tijdens het omzetten van CO ₂ naar CO is al commercieel mogelijk, het is nog steeds een uitdaging om technologie te ontwikkelen waarmee op industriële schaal veelgevraagde C2-chemicaliën uit CO kunnen worden geproduceerd. Om levensvatbaar te zijn, moet elektrolyse CO in een hoog tempo omzetten in producten met een lage totale energievraag. Eerdere elektrochemische cellen hadden een grote overmaat aan CO nodig om een ​​hoge elektrolysesnelheid te bereiken, wat resulteert in verdunde producten die moeten worden geconcentreerd en gezuiverd - een proces dat meer energie vereist (tegen hogere kosten).

De elektrochemische cellen die door Kanan en zijn team zijn gemaakt, bestrijden deze inefficiënties met een aangepast ontwerp dat een geconcentreerde stroom ethyleengas en een natriumacetaatoplossing 1 produceert. 000 keer meer geconcentreerd dan product verkregen met eerdere cellen. De cel maakt gebruik van een gasdiffusie-elektrode (GDE) in combinatie met een zorgvuldig ontworpen stromingsveld dat de afgifte van CO aan het elektrode-oppervlak en de verwijdering van producten aanzienlijk verbetert. Het team elimineerde ook de noodzaak van een elektrolytoplossing in de cel door de GDE rechtstreeks te verbinden met een membraan. Als resultaat, zowel ethyleen als geconcentreerde acetaatoplossing worden geproduceerd aan de elektrode en uit de cel geveegd in een enkele dampstroom.

"Voorafgaand aan dit werk, de combinatie van een hoge elektrolysesnelheid, hoge CO-omzetting, en geconcentreerde productstromen niet waren bereikt, ' zegt Kanan.

Het team is momenteel bezig met het opschalen van hun prototype om te bepalen of het ontwerp moet worden aangepast om op industriële schaal te slagen. met de hoop dat ze uiteindelijk hun CO-elektrolysecellen kunnen combineren met bestaande technologieën voor het omzetten van CO ₂ in CO. Het apparaat kan ook nuttig zijn voor verkenning van de ruimte, in het bijzonder diepe ruimtemissies waar het niet mogelijk is om vanaf de aarde te bevoorraden. In samenwerking met onderzoekers onder leiding van John Hogan van het NASA Ames Research Center, het team werkt aan het combineren van elektrochemische synthese met microbiële biosynthese om de CO . te recyclen ₂ uitgeademd door astronauten in voedsel en voedingsstoffen.