Naukowcy z Tokyo Metropolitan University opracowali nowy typ ogniwa elektrochemicznego, który może skutecznie przekształcać roztwory wodorowęglanów – produktów pochodzących z wychwyconego węgla – w roztwory mrówczanów, który są potencjalnym źródłem zielonego paliwa. Szczegóły opisano w czasopiśmie EES Catalysis.
Zielone paliwo z dwutlenku węgla – wszyscy tego potrzebujemy
Technologia wychwytywania węgla jest ważną częścią globalnej strategii redukcji emisji i walki ze zmianami klimatu. Jednak równie istotne jest pytanie, co robimy z zebranym dwutlenkiem węgla – czy wpychamy go pod ziemię, czy przetwarzamy na coś innego? Przy użyciu najnowocześniejszych katalizatorów można zamienić dwutlenek węgla w coś przydatnego dla całego społeczeństwa – zielone paliwo.
Czytaj też: Będą liderem w produkcji wodoru, a my kim? Na południe od Polski powstaje paliwowa potęga
Istnieją ogniwa elektrochemiczne do redukcji dwutlenku węgla do postaci mrówczanów, które same mogą być używane do wytwarzania energii. Jednak istotną przeszkodą jest potrzeba uzyskania czystego dwutlenku węgla, co może być bardzo energochłonne. Rozwiązaniem tego problemu jest tzw. reaktywne wychwytywanie węgla (RCC), w którym dwutlenek węgla jest rozpuszczony w roztworach alkalicznych (np. wodorowęglanach), co pozwala na bezpośrednie tworzenie jonów mrówczanowych. Do tego potrzeba jednak lepszych ogniw elektrochemicznych.
Prof. Fumiaki Amano z Tokyo Metropolitan University mówi:
W nowym ogniwie elektrody wykonane z materiału katalitycznego są oddzielone od membrany polimerowego elektrolitu przez porowatą membranę wykonaną z estru celulozy.
W tym układzie jony wodoru są generowane na jednej elektrodzie i przemieszczają się przez membranę elektrolitu do warstwy porowatej, gdzie reagują z jonami wodorowęglanowymi, wytwarzając dwutlenek węgla w porach. Następnie gaz jest przekształcany w jony mrówczanowe na drugiej elektrodzie, również w kontakcie z porowatą membraną.
Naukowcy odkryli, że tzw. wydajność faradyczna ich ogniwa, czyli proporcja elektronów przekształcanych w mrówczan zamiast innych związków, wynosiła 85 proc., nawet przy bardzo wysokich prądach. Ponadto ogniwo pozostaje stabilne przez ponad 30 godzin, osiągając niemal całkowitą konwersję wodorowęglanów w mrówczany. Po usunięciu wody, końcowym produktem jest stałe, krystaliczne paliwo gotowe do użycia.
Biorąc pod uwagę wymagania zmian klimatu, takie ulepszenia wydajnego działania ogniw elektrochemicznych obiecują mieć duży wpływ. Zespół ma nadzieję, że nowy elektrolizer wodorowęglanowy może być realną opcją dla społeczeństwa, które dąży do zielonej transformacji.