Combinare la riduzione elettrochimica della CO2 con i processi industriali
I ricercatori hanno sviluppato un reattore zero-gap per l'elettrolisi della CO2 con una pressione differenziale fino a 40 bar
Il ciclo del carbonio può essere chiuso con l'aiuto della riduzione elettrochimicadella CO2: Le emissioni inevitabili derivanti dalla produzione di calcestruzzo o dall'incenerimento dei rifiuti si trasformano in CO - e quindi in un punto di partenza per prodotti chimici o combustibili. Tuttavia, c'è un ostacolo in agguato nell'applicazione industriale di questa tecnologia: Non è (ancora) compatibile con le infrastrutture esistenti. I ricercatori del Fraunhofer UMSICHT e dell'Università della Ruhr di Bochum hanno sviluppato una possibile soluzione: un nuovo reattore che converte in modo efficiente laCO2 utilizzandoCO2 pressurizzata e acqua pura.
"LaCO2 è già parte integrante di molti processi industriali come il reforming del gas naturale, la produzione di ossido di etilene e la combustione di ossicombustibili", spiega il Prof. Ulf-Peter Apfel, capo del dipartimento Elettrosintesi del Fraunhofer UMSICHT e del gruppo di ricerca di Chimica Inorganica dell'Università della Ruhr di Bochum. "In questi processi, la CO₂ viene pressurizzata subito dopo o compressa a pressioni più elevate per lo stoccaggio e il trasporto. La depressurizzazione di questiflussi di CO2 per l'utilizzo nell'elettrolisi della CO2 rende più difficile l'integrazione delle tecnologie elettrolitiche e comporta ulteriori perdite di energia".
Per evitare questo passaggio, i ricercatori hanno sviluppato un reattore zero-gap per l'elettrolisi della CO₂ che può funzionare con una pressione differenziale fino a 40 bar. Il reattore è basato su un nuovo design e comprende, tra l'altro, una nuova membrana a scambio protonico meccanicamente stabile con un sottile strato superiore anionico. Questo nuovo sistema consente la produzione di blocchi di carbonio a pressioni differenziali di 40 bar(g) e allo stesso tempo semplifica la progettazione dell'elettrolizzatore, poiché all'anodo viene utilizzata solo acqua pura. Altri punti salienti:
- La pressione differenziale aumenta la selettività del prodotto CO all'81% con una densità di corrente di 500 mA cm(-2) .
- Il reattore può funzionare con un'eccedenza di CO₂ molto bassa, in modo che fino al 25 percento della CO₂ utilizzata possa essere attualmente ridotta all'ufficio conformità in un solo passaggio.
- Elevata selettività del prodotto CO quando si opera con la membrana a scambio protonico modificata e l'acqua pura come anolyte - anche ad alte densità di corrente superiori a 300 mA cm-2
"Operando a pressioni differenziali, il sistema migliora significativamente i tassi di conversione e la stabilità, rendendo il processo più sostenibile ed efficace", riassume Ulf-Peter Apfel. "Questi progressi consentono di integrare laconversione della CO2 nelle industrie chimiche esistenti e incoraggiano ulteriori innovazioni nella tecnologia dei catalizzatori e dei reattori, promuovendo metodi di produzione chimica più rispettosi dell'ambiente".
I risultati completi dei ricercatori sono riportati nell'articolo "Differential PressureCO2 Electrolysis Opens the Way for Direct Coupling to Industrial Processes" (Elettrolisi della CO2 a pressione differenziale apre la strada all'accoppiamento diretto con i processi industriali), pubblicato sulla rivista "Chem Catalysis": https://s.fhg.de/CS78. È già stato depositato un brevetto per il design del nuovo reattore. La tecnologia sarà utilizzata anche nel progetto "Leuna 100".
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