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U diossidu di carbonu (CO2) hè à tempu una risorsa essenziale per a vita nantu à a Terra è un gasu à effettu serra chì cuntribuisce à u riscaldamentu climaticu. Oghje, i scientifichi studianu u diossidu di carbonu cum'è una risorsa promettente per a pruduzzione di carburanti rinnuvevuli à bassu cuntenutu di carbonu è prudutti chimichi à altu valore.
A sfida per i circadori hè di identificà modi efficaci è rentabili per cunvertisce u diossidu di carbonu in intermedi di carbonu di alta qualità cum'è u monossidu di carbonu, u metanolu o l'acidu formicu.
Una squadra di ricerca guidata da KK Neuerlin di u Laboratoriu Naziunale di l'Energie Rinnuvevuli (NREL) è i so cullaburatori à u Laboratoriu Naziunale Argonne è à u Laboratoriu Naziunale Oak Ridge anu trovu una suluzione promettente à stu prublema. A squadra hà sviluppatu un metudu di cunversione per pruduce l'acidu formicu da u diossidu di carbonu aduprendu elettricità rinnuvevule cù alta efficienza energetica è durabilità.
U studiu, intitulatu "Architettura di assemblaggio di elettrodi di membrana scalabile per una cunversione elettrochimica efficiente di diossidu di carbonu in acidu formicu", hè statu publicatu in a rivista Nature Communications.
L'acidu formicu hè un intermediu chimicu putenziale cù una larga gamma d'applicazioni, in particulare cum'è materia prima in l'industrie chimiche o biologiche. L'acidu formicu hè statu ancu identificatu cum'è materia prima per a bioraffinazione in carburante pulitu per l'aviazione.
L'elettrolisi di u CO2 provoca a riduzione di u CO2 in intermedi chimichi cum'è l'acidu formicu o molecule cum'è l'etilene quandu un putenziale elettricu hè applicatu à a cellula elettrolitica.
L'assemblea membrana-elettrodu (MEA) in un elettrolizzatore hè tipicamente custituita da una membrana conduttrice di ioni (membrana di scambiu cationicu o anionicu) inserita trà dui elettrodi custituiti da un elettrocatalizatore è un polimeru cunduttore di ioni.
Utilizendu a cumpetenza di a squadra in e tecnulugie di e pile à combustible è l'elettrolisi di l'idrogenu, anu studiatu parechje cunfigurazioni MEA in e pile elettrolitiche per paragunà a riduzione elettrochimica di CO2 à l'acidu formicu.
Basatu annantu à l'analisi di i fallimenti di diversi disinni, a squadra hà cercatu di sfruttà i limiti di i gruppi di materiali esistenti, in particulare a mancanza di rigettu di ioni in l'attuali membrane di scambiu anionicu, è simplificà u disignu generale di u sistema.
L'invenzione di KS Neierlin è Leiming Hu di NREL hè stata un elettrolizzatore MEA miglioratu chì utilizava una nova membrana di scambiu cationicu perforata. Sta membrana perforata furnisce una pruduzzione d'acidu formicu consistente è altamente selettiva è simplifica u cuncepimentu utilizendu cumpunenti standard.
«I risultati di stu studiu rapprisentanu un cambiamentu di paradigma in a pruduzzione elettrochimica di acidi organici cum'è l'acidu formicu», hà dettu u coautore Neierlin. «A struttura di a membrana perforata riduce a cumplessità di i disinni precedenti è pò ancu esse aduprata per migliurà l'efficienza energetica è a durabilità di altri dispositivi di cunversione elettrochimica di diossidu di carbonu».
Cum'è cù qualsiasi scuperta scientifica, hè impurtante capisce i fattori di costu è a fattibilità ecunomica. Travagliendu in diversi dipartimenti, i circadori di NREL Zhe Huang è Tao Ling anu presentatu un'analisi tecnu-ecunomica chì identifica modi per ottene a parità di costi cù i prucessi industriali di pruduzzione di l'acidu formicu d'oghje quandu u costu di l'elettricità rinnuvevule hè uguale o inferiore à 2,3 centesimi per kilowattora.
«A squadra hà ottenutu questi risultati aduprendu catalizatori dispunibili cummercialmente è materiali di membrana polimerica, mentre creava un cuncepimentu MEA chì sfrutta a scalabilità di e pile à combustibile muderne è di l'impianti di elettrolisi di l'idrogenu», hà dettu Neierlin.
"I risultati di sta ricerca puderanu aiutà à cunvertisce u diossidu di carbonu in carburanti è prudutti chimichi aduprendu l'elettricità rinnuvevule è l'idrogenu, accelerendu a transizione versu a scal-up è a cummercializazione."
E tecnulugie di cunversione elettrochimica sò un elementu fundamentale di u prugramma Electrons to Molecules di NREL, chì si cuncentra nantu à l'idrogenu rinnuvevule di prossima generazione, i carburanti zero, i prudutti chimichi è i materiali per i prucessi azionati elettricamente.
«U nostru prugramma esplora modi per aduprà l'elettricità rinnuvevule per cunvertisce e molecule cum'è u diossidu di carbonu è l'acqua in cumposti chì ponu serve cum'è fonti d'energia», hà dettu Randy Cortright, direttore di a strategia di trasferimentu di elettroni è/o precursori di NREL per a pruduzzione di carburante. o chimichi.»
"Sta ricerca di cunversione elettrochimica furnisce una scuperta chì pò esse aduprata in una varietà di prucessi di cunversione elettrochimica, è aspittemu risultati più promettenti da questu gruppu."
Più infurmazione: Leiming Hu et al., Architettura di assemblaggio di elettrodi a membrana scalabile per una cunversione elettrochimica efficiente di CO2 in acidu formicu, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
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