Oamenii de știință dezvoltă metode prin care să tranforme CO2 în combustibil, arată ScienceDaily. Dioxidul de carbon poate fi transformat în hidrocarburi utile prin electroliză. Celula de electroliză este crucială în acest proces.
Arderea petrolului, cărbunelui sau gazelor naturale produce dioxid de carbon sau CO2. Acest gaz cu efect de seră este un factor major al încălzirii globale, dar este și o materie primă. Din punct de vedere tehnic, este posibil să se transforme CO2 în compuși utili de carbon, dar procesul necesită energie, apă, electrozi adecvați și catalizatori speciali. CO2 poate fi transformat electrochimic în monoxid de carbon, formiat sau metan, dar și în etilenă, propanol, acetat și etanol. Cu toate acestea, procesele industriale trebuie concepute astfel încât să fie foarte selective și extrem de eficiente pentru a produce numai produsele dorite și nu un amestec de produse.
Transformarea CO2 înapoi în combustibil
„Prin reducerea electrolitică a CO2 la hidrocarburi utile, putem produce noi combustibili fără a folosi resursele fosile. Astfel, reintroducem CO2 în ciclu, la fel ca în reciclare”, explică dr. Matthew Mayer, liderul grupului care cerceteaza conversia electrochimică Helmholtz Young de la HZB. Energia electrică pentru electroliză poate fi furnizată de energie regenerabilă din vânt sau solar, făcând procesul durabil.
De la școală, știm că electroliza se poate face într-un simplu pahar de apă; o dezvoltare ulterioară a acesteia este celula H, care are forma litera H. Cu toate acestea, astfel de celule nu sunt potrivite pentru uz industrial. În schimb, electrolizatoarele industriale sunt proiectate cu o arhitectură tip sandwich constând din mai multe straturi: în dreapta și în stânga sunt electrozii care conduc curentul și sunt acoperiți cu catalizatori, un strat de difuzie a gazului pe bază de cupru care lasă gazul CO2 și o membrană de separare. Electrolitul constă din compuși de potasiu dizolvați și permite ionilor să se deplaseze între electrozi. Membrana este proiectată pentru a permite trecerea ionilor încărcați negativ și pentru a bloca ionii de potasiu încărcați pozitiv.
Problema: cristalele de potasiu
Cu toate acestea, ionii de potasiu din electrolit trec prin membrană și formează cristale minuscule la catod care înfundă porii. „Acest lucru nu ar trebui să se întâmple”, spune Flora Haun, doctorand în echipa lui Matthew Mayer. Folosind microscopia electronică cu scanare și alte tehnici de imagistică, oamenii de știință au reușit să studieze în detaliu procesul de formare a cristalelor la catod. „Cu ajutorul analizei cu raze X cu dispersie de energie, am reușit să localizăm elementele individuale și să arătăm exact unde se formează cristalele de potasiu”, explică Flora Haun.
Cu cât electrolitul conține mai mult potasiu, cu atât catodul se înfundă mai mult, au arătat investigațiile. Dar nu există o modalitate simplă de a rezolva problema: reducerea concentrației de potasiu este bună pe de o parte, dar rea pe de altă parte, deoarece echilibrul reacției se schimbă și: în loc de etilena dorită, se produce monoxid de carbon.
„Cea mai importantă observație este că cationii pot pătrunde în continuare în membrana schimbătoare de anioni, dar într-o măsură care depinde de concentrația electrolitului. Și că, odată cu concentrația de electrolit, reglementăm simultan ce produse se formează din CO2„, spune. Dr. Gumaa El Nagar, cercetător postdoctoral în echipă. „În următorul pas, dorim să folosim măsurători operando și in situ folosind raze X pentru a afla în detaliu cum migrarea ionilor în celulă afectează procesele de reacție chimică”, spune Matthew Mayer.
Citește și: Campanie europeană pentru găsirea de soluții de economisire a energiei
