EES Catalysis: Новые ячейки превращают углекислый газ в экологичное топливо

Новый метод переработки бикарбонатного раствора, полученного из уловленного углерода, в экологически чистое топливо разработали исследователи из Токийского столичного университета.

Новая электрохимическая ячейка с пористой мембраной между электродами позволяет эффективно перерабатывать углерод и не уступает по производительности энергоёмким газовым методам. Такие процессы повышают ценность отходов и помогают достичь нулевого уровня выбросов.

Улавливание углерода — важная часть стратегии по снижению выбросов и борьбе с изменением климата. Но что делать с уловленным углекислым газом?

Учёные считают, что его можно превратить во что-то полезное для общества, используя современные катализаторы и химические процессы.

Превращение углекислого газа в экологически чистое топливо — одно из перспективных направлений.

Существует технология использования электрохимических ячеек для восстановления углекислого газа до соединения, которое можно использовать в топливных элементах для выработки электроэнергии. Однако есть проблема: чтобы получить чистый углекислый газ, его нужно сжать под давлением, а это требует больших затрат энергии. Кроме того, при таком способе газ преобразуется неэффективно, и ячейки быстро выходят из строя.

Более перспективный метод — реактивное улавливание углерода. При этом диоксид углерода растворяют в щелочных растворах, например в растворе бикарбоната, и получают формиат-ионы без потерь, связанных с подачей чистого газа.

Исследователям предстоит разработать более совершенную электрохимическую ячейку, которая сможет избирательно производить формиат-ионы из бикарбонат-ионов без побочных реакций, таких как производство водорода.

Ученые под руководством профессора Фумиаки Амано из Токийского столичного университета создали новую ячейку, которая эффективно преобразует бикарбонат-ионы в формиат-ионы.

В этой ячейке электроды из каталитического материала отделены от полимерной мембраны электролита пористой мембраной из эфира целлюлозы. Ионы водорода, образующиеся на одном электроде, проходят через мембрану с электролитом и вступают в реакцию с бикарбонатными ионами, выделяя углекислый газ. Затем этот газ преобразуется в формиат-ионы на другом электроде.

Когда учёные запустили свою ячейку, они обнаружили, что эффективность преобразования электронов в формиат составляет 85% даже при больших токах. Это превосходит существующие разработки и позволяет ячейке бесперебойно работать более 30 часов и практически полностью преобразовывать бикарбонат в формиат. После удаления воды остаётся только твёрдое кристаллическое топливо — формиат.

Такие усовершенствования в области эффективной работы электрохимических элементов могут оказать большое влияние на борьбу с изменением климата. Команда надеется, что их новый бикарбонатный электролизер станет жизнеспособным вариантом для «зелёной» трансформации общества.

Результаты опубликованы в издании EES Catalysis.

14.09.2024