A Nature Energy szakmai folyóirat egy új típusú szén-dioxid redukciós elektrolízis cella részleteit közölte, amely cellában a víz oxidációja mellett szén-dioxidot lehet redukálni tiszta hangyasavvá. A tanulmány érdekessége, hogy ebben az új rendszerben a hangyasav (HCOOH) tisztán állítható elő, a hagyományos cellák esetében megkívánt további tisztítási lépések nélkül. A jelenlegi felfedezés alapkutatás szintű, vagyis az ipari megvalósítás még további fejlesztéseket fog igényelni, de mindeközben rengeteg új lehetőséggel is kecsegtet.
A szén-dioxid közvetlen elektrokémiai redukciója fontos alkotóeleme a Párizsi Egyezmény által megkívánt szénmegkötési eljárásoknak, a szén-dioxid tárolási technológiák mellett. Ezzel a folyamattal nemcsak a szén-dioxid mennyisége csökkenthető a légkörben, de közben fontos vegyipari köztes termékek állíthatók így elő, amelyek segítségével a fosszilis energiahordozókból kinyert termékek helyettesíthetők, vagy amely termékek reverzibilis átalakításával a megújuló energiaforrások változó szintű energiatermelése kompenzálható. A jelenlegi kutatás és eredménye egy hosszútávú globális program része, amelynek célja, hogy egyetlen redukciós terméket állítsunk elő az energiaigényes tisztítási és elválasztási lépések nélkül. Emiatt nemcsak a kémiai lépések optimalizálása, hanem a cellák felépítésének továbbfejlesztése is fontos lépés.
A szén-dioxid elektrokémiai redukciója segítségével értékes vegyipari köztes termékeket lehet előállítani, főleg, ha a cellát megújuló energiaforrásokból kinyert elektromossággal működtetjük. A hagyományos cellák esetében azonban a termékek az elektrolit oldatokkal keveredve termelődnek, és ez számos problémát okozhat a szokásos termék elválasztási lépések mellett. A mostani új cella azonban szilárd elektrolitot használ, aminek következményeként a szén-dioxidból előállított termék tisztán nyerhető ki.
A hagyományos szén-dioxid redukáló cella, amit gyakran H-cellának is hívnak, több részből áll: a katódon történik a szén-dioxid redukciója, az anódon a víz oxidációja, a két részleget egy protoncserélő membrán választja el egymástól. Az ilyen elrendezésű cellákban az elektrolit egy víz alapú, rendszerint kálium bikarbonátot tartalmazó viszonylag híg oldat. A termékek ebből az oldatból (oldva vagy keveredve) nyerhetők ki a reakció után. Ez a vékony membrán, mivel mindkét oldalán mozgó fázis található, rendszerint érzékeny a nyomásváltozásra. A legsúlyosabb esetben a két oldal közötti nyomáskülönbség hirtelen megváltozása a membrán szakadásához vezethet, amely a cella működésképtelenségét idézi elő.
Az új szén-dioxid cella szilárd elektrolitot tartalmaz, de egy protoncserélő membrán helyett két membránt alkalmaz az anód és katód felszínén. A szilárd elektrolitnak köszönhetően a folyékony oldatok, és a velük járó problémák kiküszöbölhetők, és a végtermék koncentráltan (tisztán) nyerhető ki, elválasztási nehézségek nélkül. Mivel a gáz halmazállapotú kiindulási anyagok vagy végtermékek a cellán kívül helyezkednek el, a rendszer belseje viszonylag érzéketlen a nyomásváltozásokra, egészen addig, amíg ezek nem okoznak katasztrófális szerkezeti változást magában a cellában.
A szilárd halmazállapotú elektrolitokat elemekben és üzemanyagcellákban alkalmazzák rendszerint, főleg biztonsági okokból. Ilyen fajta elektrolitot most először alkalmazott valaki szén-dioxid redukciós cellákban. Viszont a szilárd elektrolitok ionvezetési képessége, elektrokémiai stabilitása, és szerkezeti szilárdsága (nem a nyomásérzékenység, hanem pl. a torziós szilárdság) még további fejlesztéseket igényel a nagyüzemi alkalmazás megteremtéséig.
Gazdasági szempontból a hangyasav előállításával egy viszonylag alacsony energiatartalmú köztes terméket nyerhetünk ki a folyamat során, legalábbis a magasabb szénláncú szénhidrogének és alkoholokhoz képest (kb. 5 MWh tonnánkénti energia tartalom a 15 MWh tonnánkénti etanol energiatartalmával szemben). De a hangyasav ára még így is elég magas: 2500 USD/tonna áron bőven az etanol kb. 2000 USD/tonna ára felett van.
A bejegyzés trackback címe:
Kommentek:
A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.