Praca zespołowa Inżynieria Uniwersytetu w Toronto Naukowcy uważają, że jego odkrycie stanowi ważny krok w kierunku bardziej opłacalnych ekonomicznie technologii wychwytywania i składowania dwutlenku węgla.
W oświadczeniu profesor David Sinton stwierdził: „Dziś mamy lepsze i skuteczniejsze możliwości wytwarzania niskoemisyjnej energii elektrycznej niż kiedykolwiek wcześniej. Istnieją jednak inne sektory gospodarki, które będą trudne do dekarbonizacji: na przykład stal i cement produkcja Aby pomóc tym branżom „Musimy opracować opłacalne sposoby wychwytywania i ulepszania dwutlenku węgla w strumieniach odpadów”.
Szczegóły ustaleń zespołu z Toronto można znaleźć w artykule Natura energia.
Główny autor Sinton i jego zespół wykorzystali elektrolizery do przekształcenia dwutlenku węgla i energii elektrycznej w produkty takie jak etylen i etanol, które można sprzedać jako paliwo lub wykorzystać jako surowce chemiczne.
Wewnątrz elektrolizera reakcja konwersji zachodzi, gdy dwutlenek węgla, elektrony i ciekły elektrolit na bazie wody łączą się na powierzchni stałego katalizatora.
Katalizator jest często wykonany z miedzi, ale może również zawierać inne metale lub związki organiczne, które mogą jeszcze bardziej ulepszyć system. Jego funkcją jest przyspieszenie reakcji i ograniczenie tworzenia się niepożądanych produktów ubocznych, które zmniejszają wydajność całego procesu.
Chociaż wielu zespołom na całym świecie udało się wyprodukować katalizatory o wysokiej wydajności, prawie wszystkie z nich są zaprojektowane do pracy przy użyciu czystego dwutlenku węgla.
„Projektanci katalizatorów na ogół nie lubią zajmować się zanieczyszczeniami i nie bez powodu” – powiedział Panos Papangelakis, doktorant w dziedzinie inżynierii mechanicznej i jeden z pięciu współautorów nowego badania.
„Tlenki siarki, takie jak dwutlenek siarki, zatruwają katalizator, wiążąc się z powierzchnią. To pozostawia mniej miejsc, w których dwutlenek węgla może zareagować, a także tworzą się niepożądane chemikalia”.
„Dzieje się to bardzo szybko: chociaż niektóre katalizatory mogą wytrzymać setki godzin przy czystym zasilaniu, jeśli dodasz te zanieczyszczenia, ich wydajność może spaść do pięciu procent w ciągu kilku minut”.
Zdaniem zespołu istnieją dobrze ugruntowane metody usuwania zanieczyszczeń z gazów spalinowych bogatych w dwutlenek węgla przed wprowadzeniem ich do elektrolizera, są one jednak czasochłonne, wymagają energii i podnoszą koszty wychwytywania i uszlachetniania dwutlenku węgla. Co więcej, niewielka ilość dwutlenku siarki może powodować trudności.
„Nawet jeśli zmniejszymy ilość gazów spalinowych do mniej niż 10 części na milion, czyli 0,001 procent wsadu, katalizator może i tak zatruć się w czasie krótszym niż dwie godziny” – powiedział Papangelakis.
W swoim artykule zespół opisuje, jak zaprojektował katalizator bardziej odporny na dwutlenek siarki, wprowadzając dwie zmiany w typowym katalizatorze na bazie miedzi.
Z drugiej strony dodali cienką warstwę politetrafluoroetylenu (teflon), który zmienia skład chemiczny na powierzchni katalizatora, utrudniając reakcje umożliwiające zatrucie dwutlenkiem siarki.
Z drugiej strony dodali warstwę Nafionu, elektrycznie przewodzącego polimeru, który ma pewne obszary hydrofilowe i hydrofobowe. Taka struktura utrudnia SO2 dotarcie do powierzchni katalizatora.
Następnie zespół zasilił ten katalizator mieszaniną dwutlenku węgla i dwutlenku siarki, przy czym ten ostatni miał stężenie około 400 części na milion.
„W tym badaniu zgłosiliśmy wydajność Faradaya – miarę liczby elektronów, które trafiły do pożądanych produktów – wynoszącą 50 procent i którą byliśmy w stanie utrzymać przez 150 godzin” – powiedział Papangelakis.
„Istnieją katalizatory, które na początku mogą mieć wyższą wydajność, może 75% lub 80%. Ale znowu, jeśli zostaniesz wystawiony na działanie dwutlenku siarki, w ciągu kilku minut lub co najwyżej kilku godzin skuteczność spadnie prawie do zera. udało mi się z tym walczyć.”
Papangelakis powiedział, że podejście jego zespołu nie ma wpływu na skład katalizatora, dzięki czemu ma on szerokie zastosowanie.
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
