Mondiale CO₂ de emissies blijven groeien en bereiken 36,1 Gt in 2022, waardoor de invoering van koolstofbelastingen wordt gestimuleerd en het energieverbruik wordt beïnvloed. De elektrokatalytische CO₂ reductiereactie (CO₂ RR) om chemicaliën en vloeibare brandstoffen met een hoge toegevoegde waarde te produceren, draagt ​​bij aan de constructie van groene chemische technologie en koolstofneutraliteit.

Tientallen jaren van onderzoek, evenals vooruitgang in het ontwerp van katalysatoren en elektrolyse-engineering op laboratoriumschaal, beloven de grootschalige inzet van CO₂ elektrolysetechnologie.

Voor praktische toepassingen elektrokatalytische CO₂ RR moet worden uitgevoerd in een volledige cel, die helaas lijdt aan een lage CO₂ conversie, slechte activiteit en stabiliteit op laboratoriumschaal onder voor de industrie relevante stroomdichtheden (> 200 mA cm ^-2 ). Het is dan ook een uitdaging om voldoende productie-efficiëntie te garanderen om de kosten voor productscheiding en het elektriciteitsverbruik te verlagen.

Het verder opzetten van een grootschalige CO₂ elektrolysesysteem moeten twee dimensies in overweging worden genomen:het vergroten van het eenheidsoppervlak en de hoeveelheid elektrode. Beide brengen echter gewoonlijk een uitgesproken versterkingseffect teweeg dat wordt gedicteerd door de complexe multi-veldkoppeling, inclusief maar niet beperkt tot het elektrische veld, het reactieveld en het stromingsveld. Dit effect leidt tot een afname van de reactieprestaties en levensduur, waardoor uiteindelijk de implementatie van industriële CO₂ wordt beperkt elektrolyse met economische voordelen.

Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van prof. Ye Wang en prof. Shunji Xie van de Universiteit van Xiamen, China, belangrijke inzichten verschaft in de elektrokatalytische omzetting van CO₂ voor grootschalige inzet. Hun werk is gepubliceerd in het Chinese Journal of Catalysis

Deze studie biedt een uitgebreid overzicht van het op meerdere schaalniveaus onderling verbonden onderzoeksproces, met als doel de commerciële toepassing van CO₂ te bevorderen. elektrolyse. Het team belicht de uitdagingen die gepaard gaan met het realiseren van hoogrenderende CO₂ conversie, gebaseerd op de nieuwste onderzoeksresultaten.

Ze onderzoeken ook de toekomstperspectieven van elektrokatalytisch CO₂ conversie, waarbij de nadruk ligt op de belangrijkste kwesties die moeten worden aangepakt voor de commerciële toepassing ervan.

Het werk wijst erop dat hoewel grootschalige elektrolyse momenteel niet haalbaar is, de CO₂ De elektrokatalytische conversietechnologie en de ondersteunende faciliteiten ontwikkelen zich snel. Deze vooruitgang gaat gepaard met een daling van de kosten van hernieuwbare elektrische energie.

De onderzoekers benadrukken het belang van het optimaliseren van de technologie vanuit een alomvattend perspectief en het aanpakken van belangrijke problemen op verschillende schaalniveaus, waaronder katalysator, interface, elektrolyseur en celstapeling. Het is onwaarschijnlijk dat het focussen op één aspect de gewenste resultaten zal opleveren.

Zodra de obstakels zijn overwonnen, vooral op het gebied van energieconversie-efficiëntie (ECE) en levensduur, zal CO₂ elektrolyse zal binnenkort commercieel verkrijgbaar zijn. Ze merken echter ook op dat de CO₂ De elektrolysetechnologie bevindt zich nog in de beginfase van grootschalige toepassingen.

Meer informatie: Li Lin et al, Elektrokatalytische CO2-conversie naar grootschalige inzet, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64524-3

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen