Questa illustrazione è una resa artistica del processo di elettrolisi utilizzato per convertire la CO2 in prodotti di carbonio concentrato. Credito:Ripatti et al.
Gli scienziati della Stanford University hanno sviluppato celle elettrochimiche che convertono il monossido di carbonio (CO) derivato dalla CO 2 in composti commercialmente validi in modo più efficace ed efficiente rispetto alle tecnologie esistenti. La loro ricerca, pubblicato il 25 ottobre sulla rivista Joule , fornisce una nuova strategia per catturare la CO 2 e convertendolo in materie prime chimiche.
CO 2 la cattura da fonti di emissione è un'opzione interessante per mitigare il cambiamento climatico, ma è un processo costoso che raccoglie un prodotto senza valore commerciale. Però, gli scienziati possono aggiungere valore alla CO . catturata 2 utilizzando l'elettrolisi, una tecnica che utilizza una corrente elettrica per abbattere i composti, per convertirlo in prodotti più desiderabili come l'etilene per la produzione di polimeri o l'acetato come reagente per la sintesi chimica.
"Prodotti C2 come etilene, acetato, e l'etanolo sono intrinsecamente più preziosi dei prodotti C1 come il metano perché sono materie prime chimiche versatili, ", afferma l'autore senior Matthew Kanan, professore associato di chimica alla Stanford University.
Durante la conversione di CO 2 a CO è già commercialmente possibile, lo sviluppo di una tecnologia in grado di produrre prodotti chimici C2 richiesti dalla CO su scala industriale è ancora una sfida. L'elettrolisi deve convertire la CO in prodotti ad alta velocità con una bassa domanda energetica complessiva per essere praticabile. Le precedenti celle elettrochimiche richiedevano un grande eccesso di CO per ottenere un'elevata velocità di elettrolisi, che si traduce in prodotti diluiti che devono essere concentrati e purificati, un processo che richiede più energia (a una spesa maggiore).
Le celle elettrochimiche create da Kanan e dal suo team combattono queste inefficienze con un design modificato che produce un flusso concentrato di gas etilene e una soluzione di acetato di sodio 1, 000 volte più concentrato del prodotto ottenuto con celle precedenti. La cella utilizza un elettrodo a diffusione di gas (GDE) combinato con un campo di flusso accuratamente progettato che migliora notevolmente l'erogazione di CO alla superficie dell'elettrodo e la rimozione dei prodotti. Il team ha anche eliminato la necessità di una soluzione elettrolitica nella cella interfacciando il GDE direttamente con una membrana. Di conseguenza, sia la soluzione di etilene che quella di acetato concentrata vengono prodotte all'elettrodo e trascinate fuori dalla cella in un unico flusso di vapore.
"Prima di questo lavoro, la combinazione di un alto tasso di elettrolisi, alta conversione di CO, e flussi di prodotto concentrati non erano stati raggiunti, "dice Kanan.
Il team sta attualmente ampliando il proprio prototipo per determinare se il design deve essere modificato per avere successo su scala industriale, con la speranza che possano eventualmente combinare le loro celle di elettrolisi a CO con le tecnologie esistenti per la conversione della CO 2 in CO. Il dispositivo può essere utile anche per l'esplorazione dello spazio, in particolare missioni nello spazio profondo dove non è possibile rifornirsi dalla Terra. In collaborazione con i ricercatori guidati da John Hogan presso il NASA Ames Research Center, il team sta lavorando per combinare la sintesi elettrochimica con la biosintesi microbica per riciclare la CO 2 espirata dagli astronauti in cibo e sostanze nutritive.
