Un equipo de investigación internacional de DTU ha aumentado la vida útil de los electrolizadores que convierten el CO2 desde media jornada hasta 100 horas. Esta es una buena noticia para las empresas que trabajan con el proceso. Los hallazgos fueron publicados en Nature Catalysis. bajo el título "Identificación y alivio de los desafíos de durabilidad en el conjunto de electrodo de membrana para electrólisis de CO de alta velocidad".
Demasiado CO2 en la atmósfera es uno de los principales culpables del calentamiento global. Pero imagina si pudiéramos convertir el CO2 capturado en valiosos productos químicos ecológicos, y podemos hacerlo. La conversión es posible gracias al CO2 electrólisis, pero el proceso es complejo y costoso.
Los investigadores están ahora un paso más cerca del desarrollo de una tecnología que puede transformar el CO2 capturado. en productos químicos ecológicos útiles como el etileno y el etanol, que pueden utilizarse en la producción de plástico.
La mayoría de los plásticos que utilizamos actualmente se producen a partir de sustancias químicas de origen fósil, que son responsables de alrededor del 5% de nuestro CO2 global. emisiones. CO2 La electrólisis ofrece una alternativa ecológica a los productos químicos de origen fósil y al mismo tiempo utiliza CO2 capturado. como recurso. Esto significa que la tecnología tiene un gran potencial para desempeñar un papel en la transición verde de la sociedad.
"Hemos descubierto por qué y en qué parte del proceso químico de electrólisis del CO/CO2 el dispositivo de electrólisis se degrada. Nuestros resultados proporcionan directrices claras para los investigadores y la industria sobre cómo ampliar la durabilidad de los dispositivos para CO/CO2 electrólisis, lo que fortalecerá la comercialización de la tecnología", dice el profesor Brian Seger de DTU.
Electrólisis utilizando CO2
Para comprender la importancia de los resultados, primero debemos comprender los principios de la electrólisis. La electrólisis le permite separar la materia en sus elementos básicos o crear nuevos compuestos químicos. Es un conocido proceso químico que se lleva a cabo añadiendo una corriente eléctrica a un electrolito, que es una solución o compuesto fundido que conduce la electricidad.
Aquí, los iones positivos del electrolito serán atraídos por un cátodo, mientras que los iones negativos del electrolito serán atraídos por un ánodo. En electrólisis del agua (H2 O), el ánodo en un recipiente de electrólisis lleno de agua atraerá oxígeno (O2 ), mientras que el cátodo atraerá hidrógeno (H2 ), descomponiendo el agua en sus componentes básicos.
El primer producto intermedio producido a partir de CO2 la electrólisis es CO (monóxido de carbono). A esto le sigue una electrólisis de CO, mediante la cual se pueden producir los valiosos químicos etanol (alcohol, que puede usarse como combustible) y etileno (hidrocarburo, que puede usarse para fabricar el material plástico polietileno).
CO2 La electrólisis es un proceso complejo de varios pasos y varios factores pueden afectar la efectividad del proceso. Un desafío particular es la rotura del ánodo en la solución electrolítica, lo que provoca que el dispositivo falle después de aproximadamente medio día de uso. Esto hace que el proceso sea muy costoso y difícil de ampliar para uso industrial.
Pero dado que es precisamente la durabilidad del ánodo lo que los investigadores han aumentado, puede haber buenas noticias en camino para las empresas que trabajan con CO2 electrólisis.
Los investigadores han demostrado que una de las principales causas de la degradación del ánodo es la producción de acetato en el cátodo, donde el ambiente es alcalino. Esto hace que se forme ácido acético en el ánodo, lo que reduce el pH. Si el material del ánodo no puede soportar el pH ahora bajo de la solución de electrólisis, se degradará y el dispositivo de electrólisis fallará después de aproximadamente 12 horas de uso.
Al eliminar el acetato y mantener así el pH de la solución electrolítica, los investigadores han descubierto que la durabilidad del ánodo se puede ampliar de medio día a más de 100 horas. Si bien los investigadores lograron esto reemplazando manualmente la solución de electrólisis cada 12 horas cuando el pH bajaba demasiado, un simple filtro podría resolver este problema cuando se comercialice.
"Nuestras directrices indican a los investigadores y a la industria que deben controlar el valor del pH en el lado del anolito para mantener un pH que no corroa el ánodo. Este es un punto sencillo pero crucial para las empresas que ya están empezando a comercializar el tecnología", dice el profesor Brian Seger de DTU.
Más información: Qiucheng Xu et al, Identificación y alivio de los desafíos de durabilidad en dispositivos de ensamblaje de electrodos de membrana para electrólisis de CO de alta velocidad, Nature Catalysis (2023). DOI:10.1038/s41929-023-01034-y
Información de la revista: Catálisis de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad Técnica de Dinamarca
