Un gruppo di ricerca internazionale della DTU ha aumentato la durata di conservazione degli elettrolizzatori che convertono la CO2 da mezza giornata a 100 ore. Questa è una buona notizia per le aziende che lavorano con questo processo. I risultati sono stati pubblicati su Nature Catalysis sotto il titolo "Identificare e alleviare le sfide di durabilità nell'assemblaggio membrana-elettrodo per l'elettrolisi della CO ad alta velocità."
Troppa CO2 nell’atmosfera è uno dei maggiori responsabili del riscaldamento globale. Ma immagina se potessimo convertire la CO2 catturata in preziose sostanze chimiche verdi, e possiamo farlo. La conversione è resa possibile dalla CO2 elettrolisi, ma il processo è complesso e costoso.
I ricercatori sono ora un passo avanti verso lo sviluppo di una tecnologia in grado di trasformare la CO2 catturata in utili sostanze chimiche verdi come l'etilene e l'etanolo, che possono essere utilizzati nella produzione di plastica.
La maggior parte della plastica che utilizziamo attualmente proviene da sostanze chimiche di origine fossile, responsabili di circa il 5% della nostra produzione globale di CO2 emissioni. CO2 l'elettrolisi offre un'alternativa ecologica alle sostanze chimiche di origine fossile utilizzando anche la CO2 catturata come risorsa. Ciò significa che la tecnologia ha un grande potenziale per svolgere un ruolo nella transizione verde della società.
"Abbiamo scoperto perché e dove nel processo chimico di elettrolisi di CO/CO2 il dispositivo di elettrolisi si degrada. I nostri risultati forniscono linee guida chiare per i ricercatori e l'industria su come prolungare la durata dei dispositivi per CO/CO2 elettrolisi, che rafforzerà la commercializzazione della tecnologia", afferma il professor Brian Seger della DTU.
Elettrolisi utilizzando CO2
Per comprendere l'importanza dei risultati, dobbiamo prima comprendere i principi dell'elettrolisi. L'elettrolisi consente di separare la materia nei suoi elementi di base o di creare nuovi composti chimici. È un processo chimico noto che avviene aggiungendo una corrente elettrica a un elettrolita, che è una soluzione o un composto fuso che conduce l'elettricità.
Qui, gli ioni positivi dell'elettrolita saranno attratti da un catodo, mentre gli ioni negativi dell'elettrolita saranno attratti da un anodo. Nell'elettrolisi dell'acqua (H2 O), l'anodo in un recipiente per elettrolisi pieno d'acqua attirerà l'ossigeno (O2 ), mentre il catodo attirerà l'idrogeno (H2 ), scindendo l'acqua nei suoi componenti fondamentali.
Il primo prodotto intermedio ottenuto dalla CO2 l'elettrolisi è CO (monossido di carbonio). Segue un'elettrolisi della CO2, dalla quale possono essere prodotti i preziosi prodotti chimici etanolo (alcol, che può essere utilizzato come combustibile) ed etilene (idrocarburo, che può essere utilizzato per produrre il materiale plastico polietilene).
CO2 l'elettrolisi è un processo complesso in più fasi e diversi fattori possono influenzare l'efficacia del processo. Una sfida particolare è la rottura dell'anodo nella soluzione elettrolitica, che porta al guasto del dispositivo dopo circa mezza giornata di utilizzo. Ciò rende il processo molto costoso e difficile da espandere per uso industriale.
Ma poiché è proprio la durata dell'anodo che i ricercatori hanno aumentato, potrebbero esserci buone notizie in arrivo per le aziende che lavorano con la CO2 elettrolisi.
I ricercatori hanno dimostrato che una delle maggiori cause di degrado dell’anodo è la produzione di acetato sul catodo, dove l’ambiente è alcalino. Ciò provoca la formazione di acido acetico all'anodo, abbassando così il pH. Se il materiale sull'anodo non è in grado di gestire il pH ormai basso della soluzione di elettrolisi, si degraderà e il dispositivo di elettrolisi si guasterà dopo circa 12 ore di utilizzo.
Rimuovendo l'acetato e mantenendo così il pH della soluzione elettrolitica, i ricercatori hanno scoperto che la durata dell'anodo può essere estesa da mezza giornata a più di 100 ore. Mentre i ricercatori hanno ottenuto questo risultato sostituendo manualmente la soluzione di elettrolisi ogni 12 ore quando il pH diventava troppo basso, un semplice filtro potrebbe risolvere questo problema una volta commercializzato.
"Le nostre linee guida dicono ai ricercatori e all'industria che devono monitorare il valore del pH sul lato dell'anolita per mantenere un pH che non corroda l'anodo. Questo è un punto semplice ma cruciale per le aziende che stanno già iniziando a commercializzare l'anodo tecnologia", afferma il professor Brian Seger della DTU.
Ulteriori informazioni: Qiucheng Xu et al, Identificazione e riduzione delle sfide di durabilità nei dispositivi di assemblaggio membrana-elettrodo per l'elettrolisi di CO ad alta velocità, Nature Catalysis (2023). DOI:10.1038/s41929-023-01034-y
Informazioni sul giornale: Catalisi della natura
Fornito dall'Università Tecnica della Danimarca
