Duurzaamheid is tegenwoordig een belangrijk thema in het bedrijfsleven en de industrie. Veel bedrijven erkennen de noodzaak om de best mogelijke klimaatneutrale oplossingen te vinden voor de productie van hun producten en om hun uitstoot van verontreinigende stoffen te verminderen. Dit betekent dat ze op zoek zijn naar productiemogelijkheden waarbij geen fossiele grondstoffen nodig zijn. Een groot potentieel in dit opzicht is te zien in elektrosynthese, een proces waarbij chemische stoffen worden omgezet in een elektrolysecel met behulp van elektrische energie.

Een team van onderzoekers onder leiding van professor Siegfried Waldvogel, woordvoerder van het SusInnoScience Top Level Research Area aan de Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), heeft al aangetoond, bijvoorbeeld, dat het mogelijk is om met deze techniek de smaakstof vanilline te extraheren uit houtafval. Een bijzonder veelbelovende toepassing van elektrosynthese zou het gebruik ervan voor de productie van kunststofprecursoren zijn. Elektrosynthese zou niet alleen efficiënter zijn dan de conventionele technieken, maar zou ook niet leiden tot het verbruik van fossiele hulpbronnen. Echter, er is een belangrijk en tot nu toe grotendeels over het hoofd gezien probleem:tijdens elektrosynthese, er treedt een proces op dat bekend staat als kathodische corrosie. Het team van Waldvogel besloot deze kwestie nader te onderzoeken door eerst de literatuur over dit onderwerp te bestuderen. De resultaten van dat onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in Chemische beoordelingen .

Het onderzoeksteam beoordeelde artikelen over kathodische corrosie die de afgelopen 130 jaar zijn verschenen, waaronder zo'n 30 papers die ze zelf produceerden. "Ons team en een Chinese groep zijn de enigen met de nodige expertise om zo'n literatuuronderzoek uit te voeren, ’ benadrukt Waldvogel.

Volgens Waldvogel wetenschappers zijn zich al meer dan 200 jaar bewust van het probleem van kathodische corrosie, maar een middel om het te voorkomen is nog steeds niet gevonden. Terwijl de oxidatie van de positieve elektrode, de anode, tijdens elektrolyse is grondig onderzocht, er zijn nog veel onbeantwoorde vragen over de reductie die plaatsvindt bij de negatieve elektrode, de kathode. "Het is noodzakelijk om voor de elektroden materialen te gebruiken die een hoge overpotentiaal hebben ten opzichte van waterstof, dus om die reden giftige zware metalen, zoals lood en tin, zijn in dienst, "zei Waldvogel. "Echter, de kathode lost geleidelijk op - of corrodeert - en geeft deze giftige metalen vrij." Dit kan leiden tot verontreiniging van de gesynthetiseerde chemicaliën, dat wil zeggen, natuurlijk, een ongewenst effect. "Als we deze corrosie zouden kunnen voorkomen, we zouden een van de grootste struikelblokken op de weg naar elektrificatie van productieprocessen hebben weggenomen, " voegde hij eraan toe. De chemicus werkt momenteel aan twee projecten die zijn ontworpen om een ​​oplossing voor het probleem te vinden. Het project genaamd "Strategieën om hedendaagse beperkingen van reductieve elektrosynthetische conversies in waterige media te overwinnen" is deze maand net gestart. Het wordt gefinancierd door de Duitse Onderzoeksstichting (DFG) en de Amerikaanse National Science Foundation voor een bedrag van ongeveer 1 miljoen euro.

Hierbij ligt de focus op een praktische toepassing. Werken in samenwerking met een team aan de Iowa State University, het doel is om een ​​methode te ontwikkelen om uit landbouwafval precursoren voor kunststoffen te maken - en deze producten moeten aan de kathode worden gesynthetiseerd. "Ervan uitgaande dat we succesvol zijn, we zullen in de toekomst afval kunnen gebruiken om chemische tussenproducten te maken, resulterend in duurzame waardevermeerdering, " verklaarde Waldvogel. Volgens het team van de Universiteit van Mainz, zij zullen zich vooral buigen over de verschillende manieren waarop elektroden kunnen worden gecoat met zouten, terwijl hun Amerikaanse tegenhangers zich zullen concentreren op het gebruik van legeringen waarmee men hoopt kathodische corrosie te voorkomen.

Sinds begin 2021 is onderzoekers van de twee JGU Top Level Research Areas SusInnoScience en M ³ ODEL hebben samen aan het ECHELON-project gewerkt, waarvoor de Carl Zeiss Foundation zo'n 2 miljoen euro beschikbaar stelt. “Het doel is om de achterliggende theorie van de processen die bij elektrolyse plaatsvinden beter te begrijpen. we combineren aspecten van de twee belangrijke gebieden van kwantumchemie en multischaalmodellering, " zei Waldvogel. "Quantumchemie stelt ons in staat om de chemische reacties aan de kathode te berekenen, terwijl multischaalmodellering ons in staat stelt om de beweging en concentratie van de ionen in de vloeistof rond de kathode theoretisch in kaart te brengen, " concludeerde hij.