Обнаружен новый путь к углерод-нейтральному топливу из углекислого газа

Высокотемпературные электролизеры СО 2 обеспечивают исключительно эффективное хранение возобновляемой электроэнергии в виде СО и других химических топлив.

Если идея полета на коммерческих самолетах с электропитанием заставляет вас нервничать, вы можете немного расслабиться. Исследователи обнаружили практическую отправную точку для преобразования углекислого газа в устойчивое жидкое топливо, включая топливо для более тяжелых видов транспорта, которые могут оказаться очень трудными для электрификации, такие как самолеты, корабли и грузовые поезда.

Селективный высокотемпературный электролиз CO₂

Нейтральное углеродное повторное использование CO₂ стало альтернативой захоронению парниковых газов под землей. В новом исследовании, опубликованном в Nature Energy, исследователи из Стэнфордского университета и Технического университета Дании (DTU) показывают, как электричество и  катализатор могут превратить CO₂ в богатый энергией моноксид углерода (CO) лучше, чем обычные методы. Катализатор - оксид церия - намного более устойчив к разрушению.

Удаление молекулы кислорода из CO₂ для получения газа СО является первым этапом превращения CO₂ в почти любое жидкое топливо и другие продукты, такие как синтетический газ и пластмассы. Добавление водорода к СО может привести к получению таких топлив, как синтетическое дизельное топливо и эквивалент реактивного топлива. Команда предполагает использовать возобновляемую энергию для производства СО и для последующих преобразований, что приведет к получению продуктов с нейтральным уровнем выбросов углерода.

«Мы показали, что можем использовать электричество для снижения выбросов CO₂ в CO со 100-процентной селективностью и без образования нежелательного побочного продукта из твердого углерода», - сказал Уильям Чу, доцент кафедры материаловедения и инженерии в Стэнфорде, один из трех авторов работы.

Чу пригласил Кристофера Грейвса, доцента кафедры преобразования и хранения энергии DTU, и Тейса Скафте, кандидата наук DTU, приехать в Стэнфорд и вместе поработать над технологией.

«Мы работали над высокотемпературным электролизом CO₂ в течение многих лет, но сотрудничество со Стэнфордом стало ключом к этому прорыву», - сказал Скафте, ведущий автор исследования, который в настоящее время является докторантом DTU. «Мы достигли того, чего у нас не было по отдельности - и фундаментального понимания, и практической демонстрации более надежного материала».

Барьеры на пути к конверсии

Одним из преимуществ устойчивых жидких видов топлива перед электрификацией транспорта является то, что они могут использовать существующую бензиновую и дизельную инфраструктуру, такую ​​как двигатели, трубопроводы и автозаправочные станции. Кроме того, барьеры для электрификации самолетов и кораблей - дальние поездки и большой вес батарей - не будут проблемами для энергосберегающих, углерод-нейтральных видов топлива.

Слева направо: Кристофер Грейвс, Михал Байдих и Майкл Мачала перед машиной импульсного лазерного осаждения, которую Мачала использовала для изготовления электродов

Хотя растения естественным образом восстанавливают CO₂ до богатых углеродом сахаров, искусственный электрохимический путь к СО еще не получил широкого распространения. Среди проблем: устройства потребляют слишком много электричества, преобразуют небольшой процент молекул CO₂ или производят чистый углерод, который разрушает устройство. Вначале ученые исследовали, как различные устройства подходят для электролиза CO₂.

Получив информацию, исследователи создали две ячейки для тестирования конверсии CO₂ : одну с оксидом церия, а другую с обычными никелевыми катализаторами. Церийный электрод оставался стабильным, в то время как углеродные отложения повредили никелевый электрод, значительно сократив срок службы катализатора.

«Эта замечательная способность церия имеет большое значение для практического срока службы электролизеров CO₂» , - говорит Грэйвс. «Замена нынешнего никелевого электрода новым цериевым электродом в электролизере следующего поколения увеличит срок службы устройства».

Дорога к коммерциализации

Устранение проблемы недолгого использования электрода может значительно снизить стоимость коммерческого производства СО. Устранение эффекта накопления углерода также позволяет устройству нового типа преобразовывать большее количество CO₂ в СО. Это также может снизить производственные затраты.

«Механизм устранения углерода на церии основан на улавливании углерода в стабильной окисленной форме. Мы смогли объяснить этот эффект с помощью вычислительных моделей восстановления CO₂ при повышенной температуре, что затем было подтверждено с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии клетки в действии», - сказал Михал Байдих, старший автор статьи.

Высокая стоимость улавливания CO₂ была препятствием для захоронения его под землей в больших масштабах, и эта высокая стоимость могла бы стать препятствием для использования CO₂ для производства более устойчивых видов топлива и химикатов. Однако рыночная стоимость этих продуктов в сочетании с платежами за предотвращение выбросов углерода может помочь технологиям, использующим CO₂, быстрее преодолеть барьер затрат.

Исследователи надеются, что их первоначальная работа по выявлению механизмов работы устройств электролиза CO₂ с помощью спектроскопии и моделирования поможет другим в настройке поверхностных свойств церия и других оксидов для дальнейшего улучшения электролиза СО₂. опубликовано econet.ru  

Подписывайтесь на Эконет в Pinterest!

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet