Gruppi di ricerca in tutto il mondo stanno sviluppando tecnologie per convertire l'anidride carbonica (CO2 ) in materie prime per applicazioni industriali. La maggior parte degli esperimenti in condizioni rilevanti a livello industriale sono stati condotti con elettrocatalizzatori eterogenei, cioè catalizzatori che si trovano in una fase chimica diversa rispetto alle sostanze reagenti. Tuttavia, i catalizzatori omogenei, che si trovano nella stessa fase dei reagenti, sono generalmente considerati più efficienti e selettivi. Fino ad oggi non esisteva alcuna struttura in cui i catalizzatori omogenei potessero essere testati in condizioni industriali.
Un team guidato da Kevinjeorjios Pellumbi e dal professor Ulf-Peter Apfel dell’Università della Ruhr di Bochum e dell’Istituto Fraunhofer per l’ambiente, la sicurezza e la tecnologia energetica UMSICHT di Oberhausen ha ora colmato questa lacuna. I ricercatori hanno illustrato le loro scoperte nella rivista Cell Reports Physical Science . L'articolo è stato pubblicato il 13 dicembre 2023.
"Il nostro lavoro mira a superare i confini della tecnologia per stabilire una soluzione efficiente per la CO2 conversione che trasformerà il gas dannoso per il clima in una risorsa utile", afferma Ulf-Peter Apfel. Il suo gruppo ha collaborato con il team guidato dal professor Wolfgang Schöfberger dell'Università Johannes Kepler di Linz e con ricercatori dell'Istituto Fritz Haber di Berlino.
Il team ha esplorato la conversione della CO2 utilizzando l'elettrocatalisi. Nel processo, una sorgente di tensione fornisce energia elettrica, che viene alimentata al sistema di reazione tramite elettrodi e guida le conversioni chimiche sugli elettrodi. Un catalizzatore facilita la reazione; nell'elettrocatalisi omogenea, il catalizzatore è solitamente un complesso metallico disciolto. In un cosiddetto elettrodo a diffusione di gas, il materiale di partenza CO2 scorre oltre l'elettrodo, dove i catalizzatori lo convertono in monossido di carbonio. Quest'ultimo, a sua volta, è un materiale di partenza comune nell'industria chimica.
I ricercatori hanno integrato i catalizzatori del complesso metallico nella superficie dell'elettrodo senza legarli chimicamente. Hanno dimostrato che il loro sistema poteva convertire in modo efficiente la CO2 :Ha generato densità di corrente superiori a 300 milliampere per centimetro quadrato. Inoltre il sistema è rimasto stabile per oltre 100 ore senza mostrare alcun segno di decadimento.
Non è necessario ancorare il catalizzatore
Tutto ciò significa che per le celle di elettrolisi è generalmente possibile utilizzare catalizzatori omogenei. "Tuttavia richiedono una composizione specifica dell'elettrodo", afferma Ulf-Peter Apfel. Più specificamente, gli elettrodi devono consentire la conversione diretta del gas senza solventi in modo che il catalizzatore non venga dilavato dalla superficie dell'elettrodo. Contrariamente a quanto spesso descritto nella letteratura specializzata, non è necessario un materiale di supporto che accoppia chimicamente il catalizzatore alla superficie dell'elettrodo.
"I nostri risultati aprono la possibilità di testare e integrare elettrocatalizzatori omogenei ad alte prestazioni e facilmente variabili in scenari applicativi per processi elettrochimici", conclude Apfel.
Ulteriori informazioni: Kevinjeorjios Pellumbi et al, Spingere al minimo il carico di Ag degli elettrolizzatori di CO2 tramite ambienti sintonizzati a livello molecolare, Cell Reports Physical Science (2023). DOI:10.1016/j.xcrp.2023.101746
Informazioni sul giornale: Cell Reports Scienze fisiche
Fornito da Ruhr-Universitaet-Bochum
