Eρευνητές από το Ruhr University Bochum και το Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology (UMSICHT) δοκίμασαν με επιτυχία τη χρήση ομοιογενών ηλεκτροκαταλυτών υπό βιομηχανικές συνθήκες με σκοπό τη μετατροπή διοξειδίου του άνθρακα σε χρήσιμες πρώτες ύλες.
Για χρόνια, ερευνητικές ομάδες σε όλο τον κόσμο διερευνούν τεχνολογίες για τη μετατροπή του CO2 σε πρώτες ύλες για βιομηχανικές εφαρμογές. Ενώ οι περισσότερες δοκιμές έχουν χρησιμοποιήσει ετερογενείς ηλεκτροκαταλύτες, οι οποίοι βρίσκονται σε διαφορετική χημική φάση από τις αντιδρώσες ουσίες, οι ομοιογενείς καταλύτες θεωρούνται από καιρό πιο αποτελεσματικοί και εκλεκτικοί.
Ωστόσο, μέχρι πρόσφατα, δεν είχαν υπάρξει σχετικές πειραματικές διατάξεις που να επιτρέπουν τη δοκιμή ομοιογενών καταλυτών σε βιομηχανικές συνθήκες. Με επικεφαλής τον Kevinjeorjios Pellumbi και τον καθηγητή Ulf-Peter Apfel, η ερευνητική ομάδα συνεργάστηκε με την ομάδα του καθηγητή Wolfgang Schöfberger από το Πανεπιστήμιο Johannes Kepler του Linz και ερευνητές από το Ινστιτούτο Fritz Haber στο Βερολίνο για να αντιμετωπίσουν αυτό την ερευνητική πρόκληση.
Μια νέα εποχή στη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα
Για τη μετατροπή του CO2, οι ερευνητές εστίασαν στην ηλεκτροκατάλυση, μια διαδικασία στην οποία μια πηγή τάσης παρέχει ηλεκτρική ενέργεια η οποία τροφοδοτείται στο σύστημα μέσω ηλεκτροδίων, προωθώντας τις χημικές μετατροπές.
Στις μεθόδους ομοιογενούς ηλεκτροκατάλυσης, ο καταλύτης που αποτελεί κρίσιμο στοιχείο της αντίδρασης, είναι συνήθως ένα σύμπλοκο διαλυμένου μετάλλου. Η ερευνητική ομάδα εφάρμοσε καταλύτες μεταλλικών συμπλόκων στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου, χωρίς να υπάρξει χημικός δεσμός. Σε αυτό το gas diffusion electrode, το αρχικό υλικό CO2 ρέει πάνω από το ηλεκτρόδιο, όπου οι καταλύτες το μετατρέπουν σε μονοξείδιο του άνθρακα.
Το σύστημα παρήγαγε πυκνότητες ρεύματος άνω των 300 milliamperes ανά τετραγωνικό εκατοστό και επέδειξε αξιοσημείωτη σταθερότητα, η οποία διήρκεσε πάνω από 100 ώρες χωρίς ενδείξεις πτώσης της απόδοσης. Ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα που φέρνει η προσέγγιση της ομάδας είναι ότι οι ομοιογενείς καταλύτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κυψέλες ηλεκτρόλυσης χωρίς την ανάγκη για ένα υλικό - φορέα που θα συνδέει χημικά τον καταλύτη με την επιφάνεια του ηλεκτροδίου.
Επιπλέον, ειδικές συνθέσεις ηλεκτροδίων μπορούν να επιτρέψουν την άμεση μετατροπή αερίου χωρίς την παρουσία διαλυμάτων μετάλλου, αποτρέποντας την έκπλυση του καταλύτη από την επιφάνεια του ηλεκτροδίου. Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει νέες ερευνητικές προκλήσεις για δοκιμή και ενσωμάτωση ομοιογενών ηλεκτροκαταλυτών υψηλής απόδοσης και ευκόλως τροποποιούμενων σε διάφορες ηλεκτροχημικές διεργασίες.
Μελλοντικές επιπτώσεις
«Η δουλειά μας στοχεύει να αξιοποιήσει στο έπακρο την τεχνολογία προκειμένου να δημιουργήσουμε μια αποτελεσματική λύση για τη μετατροπή του CO2 σε χρήσιμη πρώτη ύλη», δήλωσε ο Ulf-Peter Apfel.
Η μετατροπή του CO2 σε μονοξείδιο του άνθρακα, μια κοινή πρώτη ύλη στη χημική βιομηχανία, έχει τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση στις βιομηχανικές διαδικασίες. Επιπλέον, η σταθερότητα και η αποτελεσματικότητα της διεργασίας που επιδεικνύονται υπό βιομηχανικές συνθήκες, ανοίγουν το δρόμο για την εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας σε μεγάλη κλίμακα.
Η δοκιμή ομοιογενών ηλεκτροκαταλυτών υπογραμμίζει τη συλλογική προσπάθεια ερευνητικών ομάδων από διαφορετικά ιδρύματα. Τέτοιες ανακαλύψεις αποδεικνύουν ότι οι καινοτομίες μπορούν να περιορίσουν τον αντίκτυπο των ανθρώπινων δραστηριοτήτων στον πλανήτη, καθώς ο κόσμος αντιμετωπίζει την υπέρτατη περιβαλλοντική πρόκληση. Οι ερευνητές θεωρούν ότι το έργο τους αποτελεί ένα πολύ σημαντικό βήμα για τη μετατροπή ενός επιβλαβούς για το κλίμα αερίου σε πολύτιμη πρώτη ύλη.
Τα αποτελέσματα της έρευνας είναι διαθέσιμα στο επιστημονικό περιοδικό Cell Press Physical Science.
Με πληροφορίες από interestingengineering.com
