Mit intensivierter Elektrolyse
Seit Jahrzehnten arbeiten Forscher daran, überschüssige atmosphärische CO2-Emissionen zu verringern. Ein vielversprechender Ansatz besteht darin, atmosphärisches CO2 abzufangen und es dann durch CO2-Elektrolyse in wertschöpfende Chemikalien und Zwischenprodukte wie Ethanol, Ethylen und andere nützliche Chemikalien umzuwandeln. Während erhebliche Forschungsanstrengungen unternommen wurden, um die Geschwindigkeit und Selektivität der CO2-Elektrolyse zu verbessern, wurde die Verringerung des Energieverbrauchs dieses leistungsstarken Prozesses bisher nur unzureichend erforscht. Eine Publikation in ACS Energy Letters könnte hierzu Aufschluss geben.
CO2 – Montage © Solarify
Dort berichten Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign über eine neue Möglichkeit, Magnetismus zu nutzen, um den Energiebedarf für die CO2-Elektrolyse in einem Durchflusselektrolyseur um bis zu 60 % zu reduzieren. In einem typischen CO2-Durchflusselektrolyseur wird Elektrizität zugeführt, um die Reaktionen an der Kathode (wo Kohlendioxid zu nützlichen Nebenprodukten reduziert wird) und an der Anode (wo Wasser oxidiert wird und Sauerstoff entsteht) anzutreiben.
Die meisten Studien haben sich darauf konzentriert, die Reduktionsreaktion an der Kathode effizienter zu machen und höhere Raten zu erzielen. Dieser Prozess benötigt jedoch nur wenig Energie im Vergleich zur Oxidationsreaktion an der Anode, die oft mehr als 80 % der für die CO2-Elektrolyse benötigten Energie ausmacht und daher den größten Raum für Verbesserungen bietet.
„Die Antwort lag auf der Hand – der Trick ist natürlich, den Energieverbrauch an der Anode zu reduzieren“, sagt Erstautor Saket S. Bhargava, Doktorand in Chemie- und Biomolekulartechnik in Illinois. „Wir beschlossen, dass, wenn die Sauerstoffentwicklung das Problem ist, warum nicht ein Magnetfeld an der sauerstoffentwickelnden Elektrode verwenden und sehen, was mit dem gesamten System passiert.“
Sie verwendeten ein Magnetfeld an der Anode, um Energieeinsparungen von 7 % bis 64 % zu erzielen, indem sie den Massentransport zur/von der Elektrode verbesserten. Außerdem tauschten sie den traditionellen Iridium-Katalysator – ein Edelmetall – gegen einen Nickel-Eisen-Katalysator aus, der aus reichlich vorhandenen Elementen besteht.
„Unser ultimatives Ziel ist es, Kohlendioxid wieder in kohlenstoffbasierte Chemikalien umzuwandeln“, sagt Hauptautor Paul Kenis, Professor für Chemie- und Biomolekulartechnik und Abteilungsleiter in Illinois. „Mit dieser Studie haben wir gezeigt, wie wir den erheblichen Energiebedarf für die CO2-Elektrolyse weiter reduzieren können, was hoffentlich dazu führt, dass dieser Prozess von der Industrie besser angenommen werden kann.“
->Quellen:
- chbe.illinois.edu/scientists-intensify-electrolysis-utilize-carbon-dioxide-more-efficiently-with-magnets
- Saket S. Bhargava, Daniel Azmoodeh, Xinyi Chen, Emiliana R. Cofell, Anne Marie Esposito, Sumit Verma, Andrew A. Gewirth and Paul J. A. Kenis: Decreasing the Energy Consumption of the CO2 Electrolysis Process Using a Magnetic Field; in: ACS Energy Letters, https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01029