Combinação da redução eletroquímica de CO2 com processos industriais
Os investigadores desenvolveram um reator de intervalo zero para a eletrólise de CO2 com uma pressão diferencial de até 40 bar
O ciclo do carbono pode ser fechado com a ajuda da redução eletroquímicade CO2: As emissões inevitáveis da produção de betão ou da incineração de resíduos transformam-se em CO - e, assim, no ponto de partida para produtos químicos ou combustíveis. No entanto, existe um obstáculo à aplicação industrial desta tecnologia: Não é (ainda) compatível com as infra-estruturas existentes. Os investigadores da Fraunhofer UMSICHT e da Ruhr University Bochum desenvolveram uma possível solução: um novo reator que converte eficazmenteo CO2 utilizandoCO2 pressurizado e água pura.
"O CO2 jáé parte integrante de muitos processos industriais, como a reforma do gás natural, a produção de óxido de etileno e a combustão de oxicombustíveis", explica o Prof. Ulf-Peter Apfel, chefe do departamento de Electrossíntese da Fraunhofer UMSICHT e do grupo de investigação de Química Inorgânica da Universidade do Ruhr, em Bochum. "Nestes processos, o CO₂ é pressurizado imediatamente a seguir ou comprimido a pressões mais elevadas para armazenamento e transporte. A despressurização dessesfluxos de CO2 para uso naeletrólise de CO2 dificulta a integração de tecnologias eletrolíticas e leva a mais perdas de energia.
Para evitar este passo, os investigadores desenvolveram um reator de intervalo zero para a eletrólise de CO₂ que pode ser operado com uma pressão diferencial de até 40 bar. Baseia-se num novo design e inclui, entre outras coisas, uma nova membrana de permuta de protões mecanicamente estável com uma fina camada superior aniónica. Este novo sistema permite a produção de blocos de construção de carbono a pressões diferenciais de 40 bar(g) e, ao mesmo tempo, simplifica a conceção do eletrolisador, uma vez que apenas é utilizada água pura no ânodo. Outros destaques:
- A pressão diferencial aumenta a seletividade do produto CO para 81% a uma densidade de corrente de 500 mA cm(-2) .
- O reator pode ser operado com um excedente de CO₂ muito baixo, de modo que até 25 por cento do CO₂ utilizado pode atualmente ser reduzido para o gabinete de conformidade numa única passagem.
- Alta seletividade de produto de CO ao operar com a membrana de troca de prótons modificada e água pura como anólito - mesmo em altas densidades de corrente acima de 300 mA cm-2
"Ao operar com pressões diferenciais, o sistema melhora significativamente as taxas de conversão e a estabilidade, tornando o processo mais sustentável e eficaz", resume Ulf-Peter Apfel. "Estes avanços permitem a integração daconversão de CO2 nas indústrias químicas existentes e encorajam mais inovação na tecnologia de catalisadores e reactores, promovendo métodos de produção química mais amigos do ambiente."
Os resultados completos dos investigadores podem ser lidos no artigo "Differential PressureCO2 Electrolysis Opens the Way for Diret Coupling to Industrial Processes" na revista "Chem Catalysis": https://s.fhg.de/CS78. Já foi registada uma patente para a nova conceção do reator. A tecnologia também deverá ser utilizada no projeto "Leuna 100".
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