Die Bedrohung durch die globale Erwärmung besteht weiterhin und gefährdet sowohl die menschliche Gesellschaft als auch ökologische Systeme. Kohlendioxid ist der Hauptverursacher der Treibhausgase, die den Klimawandel vorantreiben. Um dem entgegenzuwirken und CO2-Neutralität zu erreichen, haben Forscher ein Elektroreduktionssystem zur Reduzierung des COXNUMX-Fußabdrucks entwickelt. Dieses Gerät wandelt COXNUMX effektiv in Ethylen für industrielle Zwecke um.
Forscher der Hong Kong Polytechnic University (PolyU) haben ein langlebiges, hochintelligentes und energieeffizientes System zur elektrochemischen Reduktion von Kohlendioxid (CO₂) entwickelt. Dieses System wandelt CO₂ effizient in Ethylen für industrielle Anwendungen um und bietet damit eine wirksame Lösung zur Reduzierung von CO₂-Emissionen. Das PolyU-Projekt zeichnet sich durch eine bemerkenswerte Kooperation aus, an der Forscher der Universität Oxford , des Nationalen Synchrotronstrahlungsforschungszentrums Taiwan und der Jiangsu-Universität beteiligt waren .
Unter der Leitung von Prof. Daniel Lau hat das Forschungsteam den Ansatz der elektrokatalytischen CO2-Reduktion entwickelt. Prof. Lau ist ein renommierter Experte für Nanomaterialien und Leiter der Abteilung für Angewandte Physik. Durch die Nutzung von erneuerbarer Elektrizität kann Kohlendioxid effektiv in Ethylen umgewandelt werden. Dies bietet eine deutlich umweltfreundlichere und stabilere Methode zur Ethylenproduktion. Die Technologie steht kurz vor der Massenproduktion. Sie hat das Potenzial, die Branche zu revolutionieren, indem sie den Kohlenstoffkreislauf schließt und COXNUMX-Neutralität erreicht.
„Wir werden an weiteren Verbesserungen arbeiten, um die Produktselektivität zu erhöhen und Kooperationsmöglichkeiten mit der Industrie zu suchen. Es ist klar, dass dieses APMA-Zellendesign die Grundlage für den Übergang zu einer umweltfreundlichen Produktion von Ethylen und anderen wertvollen Chemikalien bildet und zur Reduzierung von Kohlenstoffemissionen und zum Erreichen des Ziels der Klimaneutralität beitragen kann“, sagte Prof. Daniel Lau .
Ethylen (C₂H₄) ist eine weltweit begehrte Chemikalie, die vorwiegend zur Herstellung von Polymeren wie Polyethylen verwendet wird. Diese Polymere bilden die Grundlage zahlreicher Kunststoff- und Chemiefaserprodukte, die für unseren Alltag unverzichtbar sind. Da Ethylen jedoch hauptsächlich aus petrochemischen Prozessen gewonnen wird, ist seine Produktion mit einer hohen CO₂-Bilanz verbunden .
Über den Prozess
Professor Laus innovativer Ansatz macht Alkalimetallelektrolyte überflüssig, indem er reines Wasser als metallfreies Anolyt nutzt. Dadurch werden Carbonatbildung und Salzablagerungen verhindert. Das APMA-System besteht aus folgenden Komponenten:
- Eine Anionenaustauschmembran (AEM)
- Eine Protonenaustauschmembran (PEM)
- Resultierende Membrananordnung (MA)
Ein Zellstapel ohne Alkalimetalle, bestehend aus APMA und einem Kupferelektrokatalysator, wurde erfolgreich entwickelt, um Ethylen mit einer bemerkenswerten Spezifität von 50 % herzustellen . Darüber hinaus wies er eine beeindruckende Betriebsdauer von über 1,000 Stunden bei einem industriellen Strom von 10 A auf, was einen erheblichen Fortschritt gegenüber bestehenden Systemen darstellt und eine nahtlose Skalierung auf den industriellen Maßstab ermöglicht.
Forscher haben ein hocheffizientes System zur Bekämpfung der CO₂-Bilanz entwickelt, das auf elektrochemischer Reduktion basiert und ein entscheidendes Element enthält: einen speziellen Elektrokatalysator. Kupfer ist bekannt für seine Fähigkeit, verschiedene Reaktionen in der chemischen Industrie zu katalysieren. Der vom Forschungsteam verwendete Katalysator weist jedoch einige bemerkenswerte Eigenschaften auf.
Die unzähligen Nanokupferkugeln besitzen eine komplexe Oberflächenstruktur aus Stufen, Stapelfehlern und Korngrenzen. Im Gegensatz zu einer idealen Metallstruktur schaffen diese Defekte günstige Bedingungen für eine erfolgreiche Reaktion.
Andere Erfolge
Weitere Tests zeigten, dass die Bildung von Carbonaten und Salzen effektiv unterdrückt wurde. Zudem gingen weder CO₂ noch Elektrolyte während des Prozesses verloren. Dies ist von Bedeutung, da es in früheren Verfahren durch die Diffusion von Alkalimetallionen aus dem Anolyt zu Elektrolytverlusten kam. Diese traten auf, weil bipolare Membranen anstelle von APMA verwendet wurden. Darüber hinaus wurde das Problem der übermäßigen Wasserstoffproduktion im Vergleich zur Ethylenproduktion deutlich reduziert . Dies beeinträchtigte die bisherigen Systeme, die in sauren Kathodenumgebungen arbeiteten, erheblich.
Forscher haben ein Elektroreduktionssystem zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks entwickelt, dessen großtechnische Produktion bald beginnen soll. Laut den Forschern werden dadurch die industriellen Emissionen wirksamer kontrolliert.
Quelle : PolyU entwickelt hocheffizientes Kohlendioxid-Elektroreduktionssystem
