Dësen Artikel gouf am Aklang mat de redaktionelle Prozeduren a Richtlinne vu Science X iwwerpréift. D'Redaktoren hunn déi folgend Qualitéiten ervirgehuewen, wärend se d'Integritéit vum Inhalt séchergestallt hunn:
Kuelendioxid (CO2) ass souwuel eng essentiell Ressource fir d'Liewen op der Äerd wéi och e Treibhausgas, deen zur globaler Erwiermung bäidréit. Hautdesdaags ënnersichen d'Wëssenschaftler Kuelendioxid als eng villverspriechend Ressource fir d'Produktioun vun erneierbaren, CO2-arme Brennstoffer a wäertvolle chemesche Produkter.
D'Erausfuerderung fir d'Fuerscher ass et, effizient a käschtegënschteg Weeër ze fannen, fir Kuelendioxid an héichqualitativ Kuelestofftëscheprodukter wéi Kuelemonoxid, Methanol oder Amberesäure ëmzewandelen.
E Fuerschungsteam ënnert der Leedung vum KK Neuerlin vum National Renewable Energy Laboratory (NREL) a Mataarbechter vum Argonne National Laboratory an dem Oak Ridge National Laboratory huet eng villverspriechend Léisung fir dëst Problem fonnt. D'Team huet eng Konversiounsmethod entwéckelt fir Ameensäure aus Kuelendioxid mat erneierbaren Energiequellen mat héijer Energieeffizienz an Haltbarkeet ze produzéieren.
D'Studie mam Titel "Scalable membrane electrode assembly architecture for efficient electrochemical conversion of carbon dioxide to foric acid" gouf an der Zäitschrëft Nature Communications publizéiert.
Mieresäure ass e potenziellen chemeschen Zwëschenprodukt mat enger breeder Palette vun Uwendungen, besonnesch als Rohmaterial an der chemescher oder biologescher Industrie. Mieresäure gouf och als Rohmaterial fir d'Bioraffinéierung zu propperem Loftfaartbrennstoff identifizéiert.
D'Elektrolyse vu CO2 féiert zu der Reduktioun vu CO2 zu chemesche Zwëschenprodukter wéi Amberesäure oder Moleküle wéi Ethylen, wann en elektrescht Potenzial op d'elektrolytesch Zell ugewannt gëtt.
D'Membran-Elektrode-Anordnung (MEA) an engem Elektrolyseur besteet typescherweis aus enger ionenleitenden Membran (Kationen- oder Anionenaustauschmembran), déi tëscht zwou Elektroden, déi aus engem Elektrokatalysator an engem ionenleitende Polymer bestinn, angeschloss ass.
Mat Hëllef vun der Expertise vum Team a Brennstoffzellentechnologien an der Waasserstoffelektrolyse hunn si verschidde MEA-Konfiguratiounen an elektrolyteschen Zellen ënnersicht, fir déi elektrochemesch Reduktioun vu CO2 zu Mieresäure ze vergläichen.
Baséierend op enger Feeleranalyse vu verschiddenen Designen, huet d'Team versicht, d'Limiten vun existente Materialsätz auszenotzen, besonnesch de Manktem u Ionenofweisung an aktuellen Anionenaustauschmembranen, an den gesamte Systemdesign ze vereinfachen.
D'Erfindung vum KS Neierlin a Leiming Hu vun NREL war en verbesserte MEA-Elektrolysator mat enger neier perforéierter Kationenaustauschmembran. Dës perforéiert Membran suergt fir eng konsequent, héich selektiv Ameensäureproduktioun a vereinfacht den Design andeems se Standardkomponenten benotzt.
„D'Resultater vun dëser Studie representéieren e Paradigmewiessel an der elektrochemescher Produktioun vun organesche Säuren, wéi zum Beispill Ameensäure“, sot de Co-Auteur Neierlin. „Déi perforéiert Membranstruktur reduzéiert d'Komplexitéit vun de fréiere Konstruktiounen a kann och benotzt ginn, fir d'Energieeffizienz an d'Haltbarkeet vun aneren elektrochemesche Kuelendioxid-Konversiounsapparater ze verbesseren.“
Wéi bei all wëssenschaftlechen Duerchbroch ass et wichteg, d'Käschtefaktoren an d'wirtschaftlech Machbarkeet ze verstoen. D'NREL-Fuerscher Zhe Huang an Tao Ling hunn, zesumme mat aneren Departementer, eng techno-ekonomesch Analyse presentéiert, déi Weeër identifizéiert huet, fir Käschteparitéit mat den haitegen industrielle Formesäureproduktiounsprozesser z'erreechen, wann d'Käschte fir erneierbar Elektrizitéit bei oder ënner 2,3 Cent pro Kilowattstonn leien.
„D'Team huet dës Resultater mat kommerziell verfügbare Katalysatoren a Polymermembranmaterialien erreecht, wärend se en MEA-Design geschaf hunn, deen d'Skalierbarkeet vu modernen Brennstoffzellen an Waasserstoffelektrolyseanlagen ausnotzt“, sot den Neierlin.
„D'Resultater vun dëser Fuerschung kéinten hëllefen, Kuelendioxid a Brennstoffer a Chemikalien ëmzewandelen andeems erneierbar Stroum a Waasserstoff benotzt ginn, wat den Iwwergank zum Opskaléieren an zum Kommerzialiséieren beschleunegt.“
Elektrochemesch Konversiounstechnologien sinn e Kärelement vum Elektronen-zu-Molekülen-Programm vum NREL, dee sech op erneierbaren Waasserstoff vun der nächster Generatioun, Null Brennstoffer, Chemikalien a Materialien fir elektresch ugedriwwe Prozesser konzentréiert.
„Eist Programm ënnersicht Méiglechkeeten, fir erneierbar Elektrizitéit ze benotzen, fir Molekülle wéi Kuelendioxid a Waasser a Verbindungen ëmzewandelen, déi als Energiequelle dénge kënnen“, sot de Randy Cortright, Direkter vun der Elektronentransfer- an/oder Virleeferstrategie vun NREL fir d'Produktioun vu Brennstoffer oder Chemikalien.
„Dës Fuerschung iwwer elektrochemesch Konversioun bitt en Duerchbroch, deen an enger Rei vun elektrochemesche Konversiounsprozesser ka benotzt ginn, a mir freeën eis op méi villverspriechend Resultater vun dëser Grupp.“
Weider Informatiounen: Leiming Hu et al., Skalierbar Membranelektrodenbauarchitektur fir effizient elektrochemesch Konversioun vu CO2 a Formesäure, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Wann Dir op en Tippfeeler, eng Ongenauegkeet stéisst oder eng Ufro fir d'Ännerung vum Inhalt op dëser Säit areeche wëllt, benotzt w.e.g. dëse Formulaire. Fir allgemeng Froen, benotzt w.e.g. eise Kontaktformular. Fir allgemeng Feedback, benotzt d'Sektioun fir ëffentlech Kommentarer hei ënnendrënner (befollegt d'Instruktiounen).
Äre Feedback ass eis ganz wichteg. Wéinst der grousser Zuel vu Messagen kënne mir awer keng personaliséiert Äntwert garantéieren.
Är E-Mail-Adress gëtt nëmme benotzt fir den Empfänger matzedeelen, wien d'E-Mail geschéckt huet. Weder Är Adress nach d'Adress vum Empfänger gëtt fir aner Zwecker benotzt. D'Informatiounen, déi Dir aginn hutt, erschéngen an Ärer E-Mail a ginn net vun Tech Xplore a kenger Form gespäichert.
Dës Websäit benotzt Cookien fir d'Navigatioun ze erliichteren, Är Benotzung vun eise Servicer ze analyséieren, Personaliséierungsdaten iwwer Reklammen ze sammelen an Inhalter vun Drëttpersounen ze liwweren. Wann Dir eis Websäit benotzt, bestätegt Dir, datt Dir eis Dateschutzpolitik a Benotzungsconditiounen gelies hutt a verstanen hutt.