Questo articolo è stato revisionato in conformità con le procedure e le politiche editoriali di Science X. I redattori hanno sottolineato i seguenti aspetti, garantendo al contempo l'integrità del contenuto:
L'anidride carbonica (CO₂) è sia una risorsa essenziale per la vita sulla Terra, sia un gas serra che contribuisce al riscaldamento globale. Oggi, gli scienziati stanno studiando l'anidride carbonica come una risorsa promettente per la produzione di combustibili rinnovabili a basse emissioni di carbonio e di prodotti chimici di alto valore.
La sfida per i ricercatori è individuare metodi efficienti e convenienti per convertire l'anidride carbonica in intermedi di carbonio di alta qualità, come monossido di carbonio, metanolo o acido formico.
Un team di ricerca guidato da KK Neuerlin del National Renewable Energy Laboratory (NREL) e da collaboratori dell'Argonne National Laboratory e dell'Oak Ridge National Laboratory ha trovato una soluzione promettente a questo problema. Il team ha sviluppato un metodo di conversione per produrre acido formico dall'anidride carbonica utilizzando energia elettrica rinnovabile, con elevata efficienza energetica e lunga durata.
Lo studio, intitolato "Architettura scalabile di assemblaggio di elettrodi a membrana per una conversione elettrochimica efficiente dell'anidride carbonica in acido formico", è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications.
L'acido formico è un potenziale intermedio chimico con un'ampia gamma di applicazioni, soprattutto come materia prima nell'industria chimica o biologica. L'acido formico è stato anche identificato come materia prima per la bioraffinazione in carburante pulito per l'aviazione.
L'elettrolisi della CO2 determina la riduzione della CO2 in intermedi chimici come l'acido formico o molecole come l'etilene quando viene applicato un potenziale elettrico alla cella elettrolitica.
L'insieme membrana-elettrodo (MEA) in un elettrolizzatore è in genere costituito da una membrana conduttrice di ioni (membrana a scambio cationico o anionico) inserita tra due elettrodi costituiti da un elettrocatalizzatore e da un polimero conduttore di ioni.
Utilizzando l'esperienza del team nelle tecnologie delle celle a combustibile e nell'elettrolisi dell'idrogeno, hanno studiato diverse configurazioni MEA nelle celle elettrolitiche per confrontare la riduzione elettrochimica della CO2 in acido formico.
Sulla base dell'analisi dei guasti di vari progetti, il team ha cercato di sfruttare i limiti dei set di materiali esistenti, in particolare la mancanza di rigetto degli ioni nelle attuali membrane a scambio anionico, e di semplificare la progettazione complessiva del sistema.
L'invenzione di KS Neierlin e Leiming Hu del NREL è stata un elettrolizzatore MEA migliorato che utilizza una nuova membrana perforata a scambio cationico. Questa membrana perforata garantisce una produzione di acido formico costante e altamente selettiva e semplifica la progettazione grazie all'utilizzo di componenti standard.
"I risultati di questo studio rappresentano un cambio di paradigma nella produzione elettrochimica di acidi organici come l'acido formico", ha affermato il coautore Neierlin. "La struttura a membrana perforata riduce la complessità dei progetti precedenti e può anche essere utilizzata per migliorare l'efficienza energetica e la durata di altri dispositivi di conversione elettrochimica dell'anidride carbonica".
Come per qualsiasi scoperta scientifica, è importante comprendere i fattori di costo e la fattibilità economica. Lavorando in diversi dipartimenti, i ricercatori del NREL Zhe Huang e Tao Ling hanno presentato un'analisi tecnico-economica che individua le modalità per raggiungere la parità di costo con gli attuali processi industriali di produzione di acido formico, quando il costo dell'elettricità rinnovabile è pari o inferiore a 2,3 centesimi per kilowattora.
"Il team ha ottenuto questi risultati utilizzando catalizzatori e materiali a membrana polimerica disponibili in commercio, creando al contempo un progetto MEA che sfrutta la scalabilità delle moderne celle a combustibile e degli impianti di elettrolisi dell'idrogeno", ha affermato Neierlin.
"I risultati di questa ricerca potrebbero contribuire a convertire l'anidride carbonica in carburanti e sostanze chimiche utilizzando elettricità rinnovabile e idrogeno, accelerando la transizione verso la produzione su larga scala e la commercializzazione."
Le tecnologie di conversione elettrochimica sono un elemento fondamentale del programma Electrons to Molecules dell'NREL, che si concentra sull'idrogeno rinnovabile di nuova generazione, sui carburanti zero, sui prodotti chimici e sui materiali per processi alimentati elettricamente.
"Il nostro programma sta esplorando modi per utilizzare l'elettricità rinnovabile per convertire molecole come l'anidride carbonica e l'acqua in composti che possono fungere da fonti di energia", ha affermato Randy Cortright, direttore della strategia di trasferimento di elettroni e/o precursori dell'NREL per la produzione di carburante o sostanze chimiche".
"Questa ricerca sulla conversione elettrochimica rappresenta una svolta che può essere utilizzata in una vasta gamma di processi di conversione elettrochimica e ci aspettiamo risultati ancora più promettenti da questo gruppo".
Ulteriori informazioni: Leiming Hu et al., Architettura scalabile dell'assemblaggio di elettrodi a membrana per una conversione elettrochimica efficiente di CO2 in acido formico, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Se riscontri errori di battitura, inesattezze o desideri inviare una richiesta di modifica del contenuto di questa pagina, utilizza questo modulo. Per domande generali, utilizza il nostro modulo di contatto. Per feedback generali, utilizza la sezione commenti pubblici qui sotto (segui le istruzioni).
Il tuo feedback è molto importante per noi. Tuttavia, a causa dell'elevato volume di messaggi, non possiamo garantire una risposta personalizzata.
Il tuo indirizzo email verrà utilizzato solo per comunicare ai destinatari chi ha inviato l'email. Né il tuo indirizzo né quello del destinatario verranno utilizzati per altri scopi. Le informazioni inserite appariranno nella tua email e non saranno conservate da Tech Xplore in alcun modo.
Questo sito web utilizza i cookie per facilitare la navigazione, analizzare l'utilizzo dei nostri servizi, raccogliere dati di personalizzazione pubblicitaria e fornire contenuti di terze parti. Utilizzando il nostro sito web, dichiari di aver letto e compreso la nostra Informativa sulla privacy e i Termini di utilizzo.