Esta ilustração é uma representação artística do processo de eletrólise usado para converter CO2 em produtos concentrados de carbono. Crédito:Ripatti et al.
Cientistas da Universidade de Stanford desenvolveram células eletroquímicas que convertem monóxido de carbono (CO) derivado de CO 2 em compostos comercialmente viáveis de forma mais eficaz e eficiente do que as tecnologias existentes. Sua pesquisa, publicado em 25 de outubro na revista Joule , fornece uma nova estratégia para capturar CO 2 e convertê-lo em matérias-primas químicas.
CO 2 captura de fontes de emissão é uma opção atraente para mitigar as mudanças climáticas, mas é um processo caro que colhe um produto sem valor comercial. Contudo, cientistas podem agregar valor ao CO capturado 2 usando eletrólise, uma técnica que usa uma corrente elétrica para quebrar compostos, para convertê-lo em produtos mais desejáveis, como etileno para produção de polímero ou acetato como reagente para síntese química.
"Produtos C2, como etileno, acetato, e o etanol são inerentemente mais valiosos do que os produtos C1, como o metano, porque são matérias-primas químicas versáteis, "diz o autor sênior Matthew Kanan, professor associado de química na Universidade de Stanford.
Durante a conversão de CO 2 para CO já é comercialmente possível, desenvolver tecnologia que possa produzir produtos químicos C2 a partir do CO em escala industrial ainda é um desafio. A eletrólise deve converter CO em produtos a uma taxa alta com uma baixa demanda geral de energia para ser viável. Células eletroquímicas anteriores exigiam um grande excesso de CO para atingir uma alta taxa de eletrólise, o que resulta em produtos diluídos que devem ser concentrados e purificados - um processo que requer mais energia (com maior despesa).
As células eletroquímicas criadas por Kanan e sua equipe combatem essas ineficiências com um design modificado que produz um fluxo concentrado de gás etileno e uma solução de acetato de sódio 1, 000 vezes mais concentrado do que o produto obtido com células anteriores. A célula usa um eletrodo de difusão de gás (GDE) combinado com um campo de fluxo cuidadosamente projetado que melhora muito a entrega de CO à superfície do eletrodo e a remoção de produtos. A equipe também eliminou a necessidade de uma solução eletrolítica na célula, fazendo a interface do GDE diretamente com uma membrana. Como resultado, a solução de etileno e acetato concentrado são produzidos no eletrodo e varridos para fora da célula em um único fluxo de vapor.
"Antes deste trabalho, a combinação de uma alta taxa de eletrólise, alta conversão de CO, e os fluxos de produto concentrado não foram alcançados, "diz Kanan.
A equipe está atualmente ampliando seu protótipo para determinar se o design precisa ser modificado para ter sucesso em escala industrial, com a esperança de que eles possam, eventualmente, combinar suas células de eletrólise de CO com tecnologias existentes para a conversão de CO 2 em CO. O dispositivo também pode ser útil para a exploração espacial, em particular, missões no espaço profundo onde não é possível reabastecer da Terra. Em colaboração com pesquisadores liderados por John Hogan no Centro de Pesquisa Ames da NASA, a equipe está trabalhando para combinar a síntese eletroquímica com a biossíntese microbiana para reciclar o CO 2 exalado pelos astronautas em alimentos e nutrientes.
