De dreiging van de opwarming van de aarde blijft bestaan en brengt zowel de menselijke samenleving als ecologische systemen in gevaar. Koolstofdioxide is de belangrijkste bijdrager aan de broeikasgassen die verantwoordelijk zijn voor klimaatverandering. Om dit te bestrijden en koolstofneutraliteit te bereiken, hebben onderzoekers een elektroreductiesysteem ontwikkeld om de koolstofvoetafdruk te bestrijden. Dit apparaat zal CO2 effectief omzetten in ethyleen voor industrieel gebruik.
Onderzoekers van de Hong Kong Polytechnic University (PolyU) hebben een duurzaam, uitzonderlijk intelligent en energiezuinig systeem ontwikkeld voor de elektroreductie van koolstofdioxide (CO2). Dit systeem kan CO2 efficiënt omzetten in ethyleen voor industrieel gebruik en biedt daarmee een krachtige oplossing voor het terugdringen van CO2-uitstoot. Het PolyU-project is een opmerkelijke samenwerking tussen onderzoekers van de Universiteit van Oxford , het National Synchrotron Radiation Research Centre van Taiwan en de Jiangsu University.
Onder leiding van Prof. Daniel Lau is het onderzoeksteam begonnen met de elektrokatalytische CO2-reductiebenadering. Prof. Lau is een gerenommeerd expert op het gebied van nanomaterialen en hoofd van de afdeling Toegepaste Fysica. Door duurzame elektriciteit te benutten, kunnen ze koolstofdioxide effectief omzetten in ethyleen. Dit biedt een aanzienlijk milieuvriendelijkere en stabielere methode voor de productie van ethyleen. Deze technologie is bijna klaar voor massaproductie. Het heeft het potentieel om de industrie te revolutioneren door de koolstofkringloop te sluiten en koolstofneutraliteit te bereiken.
"We zullen werken aan verdere verbeteringen om de productselectiviteit te verhogen en samenwerkingsmogelijkheden met de industrie te onderzoeken. Het is duidelijk dat dit APMA-celontwerp de basis vormt voor de overgang naar een groene productie van ethyleen en andere waardevolle chemicaliën en kan bijdragen aan de vermindering van koolstofemissies en het bereiken van de doelstelling van koolstofneutraliteit", aldus prof. Daniel Lau .
Ethyleen (C2H4) is een wereldwijd zeer gewilde chemische stof, die voornamelijk wordt gebruikt bij de productie van polymeren zoals polyethyleen. Deze polymeren vormen de basis van talloze plastic en chemische vezelproducten die essentieel zijn voor ons dagelijks leven. Omdat het echter voornamelijk uit petrochemische grondstoffen wordt gewonnen, heeft de productie ervan een grote CO2-voetafdruk.
Over het proces
De innovatieve aanpak van professor Lau maakt het gebruik van alkalimetaalelektrolyten overbodig door zuiver water als metaalvrije anoliet te gebruiken. Dit voorkomt bovendien de vorming van carbonaten en zoutafzetting. Het APMA-systeem bestaat uit de volgende onderdelen:
- Een anionenuitwisselingsmembraan (AEM)
- Een protonenuitwisselingsmembraan (PEM)
- Resulterende membraanassemblage (MA)
Er is met succes een celstapel zonder alkalimetalen ontwikkeld, bestaande uit APMA en een koperen elektrokatalysator, voor de productie van ethyleen met een opmerkelijke specificiteit van 50% . Bovendien vertoonde deze een indrukwekkende levensduur van meer dan 1,000 uur bij een industriële stroomsterkte van 10A, wat een aanzienlijke vooruitgang betekent ten opzichte van bestaande systemen en een naadloze uitbreiding naar industriële schaal mogelijk maakt.
Onderzoekers hebben een zeer efficiënt elektroreductiesysteem ontwikkeld om de CO2-uitstoot te verminderen. Dit systeem bevat een cruciaal element: een gespecialiseerde elektrokatalysator. Koper staat bekend om zijn vermogen om diverse reacties in de chemische industrie te katalyseren. De door het onderzoeksteam gebruikte katalysator heeft echter een aantal opmerkelijke eigenschappen.
De talloze nano-schaal koperen bollen bezitten ingewikkeld getextureerde oppervlakken, bestaande uit treden, stapelfouten en korrelgrenzen. Deze defecten, in tegenstelling tot een ideale metaalstructuur, creëren een gunstige omgeving voor de reactie om te gedijen.
Andere prestaties
Aanvullende tests toonden aan dat de onderdrukking van de vorming van carbonaten en zouten effectief was bereikt. Bovendien gingen er tijdens het proces geen CO2 of elektrolyten verloren. Dit is belangrijk, omdat in eerdere processen elektrolyten verloren gingen door de diffusie van alkalimetaalionen uit de anoliet. Dit gebeurde omdat daarbij bipolaire membranen in plaats van APMA werden gebruikt. Daarnaast is het probleem dat de waterstofproductie de ethyleenproductie overtreft aanzienlijk verminderd . Dit had een grote invloed op de eerdere systemen die in zure kathodeomgevingen werkten.
Nu onderzoekers een elektroreductiesysteem hebben ontwikkeld om de CO2-voetafdruk te bestrijden, wordt verwacht dat de grootschalige productie ervan binnenkort zal beginnen. Volgens de onderzoekers zal dit de industriële emissie effectiever beheersen.
Bron : PolyU ontwikkelt een zeer efficiënt elektroreductiesysteem voor koolstofdioxide
