Il carbone non è solo un importante combustibile per la produzione di elettricità nella regione del Reno. L'industria chimica utilizza anche il carbone per produrre composti essenziali vitali. Ma una volta che il carbone sarà gradualmente eliminato, questi materiali dovranno provenire da altre fonti rinnovabili. Uno di questi è il monossido di carbonio, noto anche come CO, necessario per la formazione dell'acido acetico e di vari polimeri.
Conversione elettrochimica dell'anidride carbonica in monossido di carbonio
Per questo, i ricercatori del Forschungszentrum Jülich stanno sviluppando una tecnologia rispettosa dell'ambiente e basata su energia rinnovabile. gas serra CO2 Viene convertito elettrochimicamente in monossido di carbonio, che viene utilizzato come combustibile. Ora superando un grosso ostacolo, i ricercatori hanno creato uno stack di celle scalabile per applicazioni su larga scala.
Lo studio è una componente del progetto di trasformazione strutturale iNEW, che mira a utilizzare processi basati su fonti rinnovabili per promuovere la crescita dell'occupazione e il mantenimento dei posti di lavoro nella regione del Reno.
“L'industria in genere produce CO localmente su larga scala. È difficile da trasportare perché è un gas tossico e altamente infiammabile», spiega Maximilian Quentmeier, uno studente laureato presso il Jülich Center for Energy and Climate Research (IEK-9). Tipicamente questo gas viene prodotto bruciando carbone con insufficiente apporto di ossigeno.
Ma poiché il carbone viene gradualmente eliminato, saranno necessarie nuove procedure per sostituirlo. La CO continuerà ad essere essenziale come sostanza chimica essenziale in futuro. Tra l'altro è necessario per la realizzazione di policarbonati e poliuretani, che vengono utilizzati, ad esempio, per produrre pannelli isolanti e lenti per occhiali.
Maximilian Quentmeier, CO con il capo Bernhard Schmid2Sta lavorando a una procedura nota come "elettrolisi a CO". Il metodo utilizza un dispositivo noto come elettrodo a diffusione di gas, che ha un elettrodo poroso accanto a un elettrolita liquido o solido nella parte anteriore ed è alimentato con CO2 nella parte posteriore. L'elettrodo collega i due ambienti e la corrente elettrica, determinando la formazione di monossido di carbonio "verde", CO.
Potenzialmente dannoso per il clima
Questo metodo non solo avvantaggia l'industria chimica, ma aiuta anche a proteggere l'ambiente. “Gli impianti di elettrolisi della CO2 funzioneranno in modo climaticamente neutro se alimentati da energia rinnovabile. Potrebbe persino essere climaticamente neutrale se l'anidride carbonica fosse ottenuta direttamente dall'ambiente, ad esempio attraverso la raccolta dell'aria o la produzione di biogas", aggiunge Bernhard Schmid.
In generale, il metodo CO atmosferico2 può ridurre attivamente la sua concentrazione. Secondo Bernhard Schmid, la plastica rinnovabile del futuro fungerà teoricamente da serbatoio di carbonio, come il legno.
Quentmeier e Schmid hanno raggiunto un importante traguardo sulla strada della commercializzazione. Apportando numerose modifiche e sostituendo parti, sono stati in grado di trasformare la singola cella in un elettrolizzatore di tipo batch e di testarlo in una serie di test sulle prestazioni. I risultati sono stati recentemente pubblicati su ACS Sustainable Chemical Engineering.
Le celle sono impilate strettamente insieme in un mucchio. La produzione di una singola cella grande è più costosa rispetto alla produzione di un lotto di celle più piccole. “Ci sono diversi fattori da considerare quando si crea uno stack da una cella. Ad esempio, le celle di reazione a gas hanno diverse camere che normalmente non sono supportate negli ambienti di laboratorio. Le celle di una pila devono tollerare lo stress da compressione pur rimanendo permeabili", spiega Maximilian Quentmeier.
I ricercatori di Jülich hanno ottimizzato la progettazione del collettore di corrente elettrica e del campo di flusso del gas presupponendo condizioni di processo realistiche. La cavità dell'elettrolita è strutturalmente supportata da un flusso solido che passa attraverso l'elettrolita polimerico composto da resina sintetica ionicamente conduttiva invece dell'elettrolita liquido convenzionale.
Anche la camera elettrolitica tra la membrana e l'anodo è stata completamente eliminata dai ricercatori grazie a un innovativo design dell'anodo. La piastra bipolare che collega le due celle funge da catodo e anodo dello stack, ovvero gli elettrodi positivi e negativi delle celle vicine.
Lo stack raggiunge un'efficienza del 30% nell'attuale configurazione sperimentale utilizzando componenti modulari che non sono ottimizzati per l'efficienza. Presidente dell'Istituto prof. Rüdiger-A. Eichel afferma: “Questo è un risultato molto promettente per questo tipo di processo che funziona già sotto i 100°C.
“L'architettura dell'impianto è abbastanza semplice rispetto, ad esempio, alla coelettrolisi ad alta temperatura e produce CO pura invece di syngas, rendendo ancora più semplice il processo per molte applicazioni. Di conseguenza, le imprese industriali nella regione del Reno possono risparmiare sui costi di trasporto decentralizzando la piattaforma chimica COXNUMX. Secondo Eichel. Lo stack di celle sarà ora sottoposto a ulteriori ricerche e miglioramenti dell'efficienza per raggiungere il punto in cui è completamente pronto per la produzione di massa.
Fonte: techxplore.com/news – Forschungszentrum Juelich
Günceleme: 18/03/2023 22:54