Uma equipe de pesquisa internacional da DTU aumentou a vida útil de eletrolisadores que convertem CO₂ de meio dia a 100 horas. Esta é uma boa notícia para as empresas que trabalham com o processo. As descobertas foram publicadas na Nature Catalysis sob o título "Identificando e aliviando os desafios de durabilidade na montagem de eletrodo de membrana para eletrólise de CO de alta taxa."



Muito CO₂ na atmosfera é um dos principais culpados do aquecimento global. Mas imagine se pudéssemos converter o CO₂ capturado em produtos químicos verdes valiosos – e nós podemos. A conversão é possível através do CO₂ eletrólise, mas o processo é complexo e caro.

Os pesquisadores estão agora um passo mais perto do desenvolvimento de uma tecnologia que pode transformar o CO₂ capturado em produtos químicos verdes úteis, como o etileno e o etanol, que podem ser utilizados na produção de plástico.

A maioria dos plásticos que usamos atualmente é produzida a partir de produtos químicos fósseis, que são responsáveis ​​por cerca de 5% do nosso CO₂ global. emissões. CO₂ a eletrólise oferece uma alternativa verde aos produtos químicos fósseis, ao mesmo tempo que utiliza CO₂ capturado como um recurso. Isto significa que a tecnologia tem um grande potencial para desempenhar um papel na transição verde da sociedade.

"Descobrimos por que e onde ocorre o processo químico de eletrólise de CO/CO₂ o dispositivo de eletrólise se degrada. Nossos resultados fornecem diretrizes claras para pesquisadores e para a indústria sobre como estender a durabilidade dos dispositivos para CO/CO₂ eletrólise, o que fortalecerá a comercialização da tecnologia", diz Brian Seger, professor da DTU.

Eletrólise usando CO₂

Para compreender a importância dos resultados, primeiro precisamos compreender os princípios da eletrólise. A eletrólise permite separar a matéria em seus elementos básicos ou criar novos compostos químicos. É um processo químico conhecido que ocorre pela adição de uma corrente elétrica a um eletrólito, que é uma solução ou composto fundido que conduz eletricidade.

Aqui, os íons positivos do eletrólito serão atraídos para um cátodo, enquanto os íons negativos do eletrólito serão atraídos para um ânodo. Na eletrólise da água (H₂ O), o ânodo em um recipiente de eletrólise cheio de água atrairá oxigênio (O₂ ), enquanto o cátodo atrairá hidrogênio (H₂ ), dividindo a água em seus componentes básicos.

O primeiro produto intermediário produzido a partir de CO₂ a eletrólise é CO (monóxido de carbono). Isto é seguido por uma eletrólise de CO, por meio da qual os valiosos produtos químicos etanol (álcool, que pode ser usado como combustível) e etileno (hidrocarboneto, que pode ser usado para fazer o material plástico polietileno) podem ser produzidos.

A durabilidade aumentou de meio dia para 100 horas

CO₂ a eletrólise é um processo complexo de várias etapas e vários fatores podem afetar a eficácia do processo. Um desafio particular é a quebra do ânodo na solução eletrolítica, o que leva à falha do dispositivo após cerca de meio dia de uso. Isto torna o processo muito caro e difícil de escalar para uso industrial.

Mas como é justamente a durabilidade do ânodo que os pesquisadores aumentaram, podem haver boas notícias a caminho para as empresas que trabalham com CO₂ eletrólise.

Os pesquisadores mostraram que uma das maiores causas da degradação do ânodo é a produção de acetato no cátodo, onde o ambiente é alcalino. Isso faz com que o ácido acético se forme no ânodo, diminuindo assim o pH. Se o material no ânodo não conseguir suportar o pH agora baixo da solução de eletrólise, ele se degradará e o dispositivo de eletrólise falhará após cerca de 12 horas de uso.

Ao remover o acetato e, assim, manter o pH da solução eletrolítica, os pesquisadores descobriram que a durabilidade do ânodo pode ser estendida de meio dia para mais de 100 horas. Embora os pesquisadores tenham conseguido isso substituindo manualmente a solução de eletrólise a cada 12 horas quando o pH ficava muito baixo, um simples filtro poderia resolver isso quando comercializado.

“Nossas diretrizes dizem aos pesquisadores e à indústria que eles precisam monitorar o valor do pH no lado do anólito para manter um pH que não corroa o ânodo. Este é um ponto simples, mas crucial para as empresas que já estão começando a comercializar o ânodo. tecnologia", diz o professor Brian Seger da DTU.

Mais informações: Qiucheng Xu et al, Identificando e aliviando os desafios de durabilidade em dispositivos de montagem de eletrodo de membrana para eletrólise de CO de alta taxa, Nature Catalysis (2023). DOI:10.1038/s41929-023-01034-y
Informações do diário: Catálise da Natureza

Fornecido pela Universidade Técnica da Dinamarca