Điện phân carbon dioxide như một giải pháp thay thế cho than đá

Điện phân carbon dioxide như một giải pháp thay thế cho than đá

    Điện phân carbon dioxide như một giải pháp thay thế cho than đá

    Nhìn vào ngăn xếp tế bào: chất điện phân chi phí thấp làm bằng nhựa tổng hợp cung cấp cho tế bào độ ổn định bổ sung. Nguồn: Forschungszentrum Jülich / Ralf-Uwe Limbach

    CO2 Electrolysis as an Alternative to Coal


    Than ở vùng Rhenish không chỉ là nhiên liệu quan trọng để phát điện. Nó cũng được sử dụng bởi ngành công nghiệp hóa chất để sản xuất các hóa chất cơ bản quan trọng. Nhưng vào thời điểm loại bỏ than, các chất này sẽ phải được lấy từ các nguồn tái tạo khác. Một ví dụ là carbon monoxide, hay viết tắt là CO, cần thiết cho việc sản xuất một số loại nhựa và axit axetic.

    Để làm được điều này, các nhà khoa học tại Forschungszentrum Jülich đang nghiên cứu một công nghệ thân thiện với khí hậu dựa trên năng lượng tái tạo. Sử dụng điện phân CO2, khí nhà kính CO2 được chuyển đổi trực tiếp thành carbon monoxide. Các nhà nghiên cứu hiện đã vượt qua một rào cản quan trọng và phát triển một ngăn xếp tế bào có thể mở rộng cho các ứng dụng quy mô lớn.

    Nghiên cứu này là một phần của dự án thay đổi cấu trúc iNEW, nhằm thúc đẩy tăng trưởng và duy trì việc làm ở khu vực Rhenish bằng cách giới thiệu các quy trình dựa trên năng lượng tái tạo.

    Maximilian Quentmeier, nghiên cứu sinh tại Viện Nghiên cứu Năng lượng và Khí hậu Jülich (IEK-9) giải thích: "CO thường được sản xuất tại chỗ bởi ngành công nghiệp trên quy mô lớn. Rất khó vận chuyển vì nó là một loại khí độc hại và rất dễ cháy". . Thông thường, than được đốt cháy với nguồn cung cấp oxy để tạo ra khí đốt.

    Nhưng sau khi loại bỏ than, các quy trình khác sẽ cần thiết thay thế. Trong tương lai, CO vẫn cần thiết như một hóa chất cơ bản. Trong số những thứ khác, nó là cần thiết để sản xuất polycacbonat và polyuretan, ví dụ, được sử dụng để chế tạo thấu kính mắt và tấm cách nhiệt.

    Cùng với người giám sát của mình là Bernhard Schmid, Maximilian Quentmeier đang nghiên cứu một quy trình còn được gọi là điện phân CO2 thành CO. Phương pháp này sử dụng cái gọi là điện cực khuếch tán khí: một điện cực xốp được cung cấp CO2 ở mặt sau và tiếp giáp với chất điện phân lỏng hoặc rắn ở mặt trước. Điện cực kết nối hai môi trường và dòng điện và do đó đảm bảo rằng carbon monoxide "xanh", CO, được tạo ra cuối cùng.

    Con đường tiêu cực khí hậu có thể
    Quá trình này không chỉ thu hút ngành công nghiệp hóa chất mà còn góp phần bảo vệ khí hậu . " Khi được vận hành bằng năng lượng tái tạo, các nhà máy điện phân CO2 sẽ vận hành trung hòa với khí hậu. Nếu carbon dioxide có nguồn gốc từ khí quyển, ví dụ như bằng cách thu khí trực tiếp hoặc từ quá trình xử lý khí sinh học, thì công nghệ này thậm chí còn có khả năng gây tác động tiêu cực đến khí hậu, " Bernhard Schmid giải thích.

    Nhìn chung, công nghệ này có thể giúp giảm tích cực nồng độ CO2 trong khí quyển. Bernhard Schmid nói: “Về nguyên tắc, nhựa tái tạo trong tương lai sẽ trở thành bể chứa carbon tương tự như gỗ.

    Cột mốc đạt được về ứng dụng thực tế
    Quentmeier và Schmid đã đạt được một cột mốc quan trọng trên con đường thương mại hóa. Họ đã thành công trong việc chuyển đổi tế bào đơn lẻ thành máy điện phân kiểu ngăn xếp bằng cách thực hiện nhiều cải tiến và thay thế các thành phần, đồng thời đã thử nghiệm nó trong nhiều thử nghiệm hiệu suất khác nhau. Các kết quả gần đây đã được xuất bản trong Kỹ thuật hóa học bền vững ACS.

    Trong một ngăn xếp, các ô được sắp xếp gọn gàng chồng lên nhau. Một chồng các ô nhỏ hơn rẻ hơn nhiều để sản xuất so với một ô lớn. "Có một số khía cạnh cần xem xét khi thiết kế ngăn xếp bắt đầu từ một ô duy nhất. Ví dụ: các ô cho phản ứng khí có nhiều ngăn thường không được hỗ trợ ở quy mô phòng thí nghiệm. Các ô của ngăn xếp phải chịu được lực nén và ở Maximilian Quentmeier giải thích.

    Dưới giả định về các điều kiện quy trình thực tế, các nhà nghiên cứu của Jülich đã tối ưu hóa thiết kế của trường dòng khí và bộ thu dòng điện cho mục đích này. Thay vì chất điện phân lỏng thông thường, một dòng rắn chạy qua chất điện phân polyme làm bằng nhựa tổng hợp dẫn điện ion được sử dụng làm bộ phận hỗ trợ, hỗ trợ về mặt cấu trúc cho khe hở chất điện phân.

    Nhờ thiết kế cực dương thông minh, các nhà nghiên cứu cũng có thể loại bỏ hoàn toàn buồng điện phân giữa màng và cực dương. Đối với ngăn xếp, các điện cực dương và âm, cực âm và cực dương, của các ô liền kề được thay thế bằng một thành phần duy nhất (tấm lưỡng cực) kết nối hai ô.

    Trong thiết lập thử nghiệm hiện tại sử dụng các thành phần mô-đun không được tối ưu hóa về hiệu quả, ngăn xếp đạt hiệu suất 30%. Giám đốc Viện, Giáo sư Rüdiger-A giải thích: “Đối với loại quy trình này vốn đã hoạt động dưới 100°C, đây đã là một kết quả khá hứa hẹn. Eichel.

    "Ví dụ, so với đồng điện phân ở nhiệt độ cao, thiết kế nhà máy tương đối đơn giản và tạo ra CO tinh khiết thay vì khí tổng hợp, giúp đơn giản hóa hơn nữa quá trình xử lý cho nhiều ứng dụng. Do đó, một nguồn cung cấp tập trung của Rüdiger-A. Eichel cho biết nền tảng hóa chất CO có thể được cung cấp cho các công ty công nghiệp ở khu vực Rhenish, giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển. sản xuất.

    Zalo
    Hotline