Une équipe de recherche internationale du DTU a augmenté la durée de conservation des électrolyseurs qui convertissent le CO2 d'une demi-journée à 100 heures. C’est une bonne nouvelle pour les entreprises travaillant avec ce procédé. Les résultats ont été publiés dans Nature Catalysis sous le titre "Identifier et atténuer les défis de durabilité dans l'assemblage membrane-électrode pour l'électrolyse du CO à haut débit."
Trop de CO2 dans l'atmosphère est l'un des principaux responsables du réchauffement climatique. Mais imaginez si nous pouvions convertir le CO2 capturé en produits chimiques verts précieux – et nous le pouvons. La conversion est rendue possible grâce au CO2 électrolyse, mais le processus est complexe et coûteux.
Les chercheurs ont désormais fait un pas de plus vers le développement d'une technologie capable de transformer le CO2 capturé en produits chimiques verts utiles tels que l'éthylène et l'éthanol, qui peuvent être utilisés dans la production de plastique.
La plupart des plastiques que nous utilisons actuellement sont produits à partir de produits chimiques d'origine fossile, qui sont responsables d'environ 5 % de notre CO2 mondial. émissions. CO2 l'électrolyse offre une alternative verte aux produits chimiques d'origine fossile tout en utilisant également le CO2 capturé comme ressource. Cela signifie que la technologie a un grand potentiel pour jouer un rôle dans la transition verte de la société.
"Nous avons découvert pourquoi et où dans le processus chimique d'électrolyse du CO/CO2 le dispositif d'électrolyse se dégrade. Nos résultats fournissent des lignes directrices claires aux chercheurs et à l'industrie sur la manière de prolonger la durabilité des appareils pour le CO/CO2 l'électrolyse, ce qui renforcera la commercialisation de la technologie", déclare le professeur Brian Seger du DTU.
Électrolyse utilisant du CO2
Pour comprendre l’importance des résultats, il faut d’abord comprendre les principes de l’électrolyse. L'électrolyse vous permet de séparer la matière en éléments de base ou de créer de nouveaux composés chimiques. Il s'agit d'un processus chimique connu qui se déroule en ajoutant un courant électrique à un électrolyte, qui est une solution ou un composé fondu conducteur de l'électricité.
Ici, les ions positifs de l’électrolyte seront attirés vers une cathode, tandis que les ions négatifs de l’électrolyte seront attirés vers une anode. Dans l'électrolyse de l'eau (H2 O), l'anode dans un récipient d'électrolyse rempli d'eau attirera l'oxygène (O2 ), tandis que la cathode attirera l'hydrogène (H2 ), divisant l'eau en ses composants de base.
Le premier produit intermédiaire fabriqué à partir de CO2 l'électrolyse est du CO (monoxyde de carbone). Ceci est suivi par une électrolyse du CO, grâce à laquelle les produits chimiques précieux que sont l'éthanol (alcool, qui peut être utilisé comme carburant) et l'éthylène (hydrocarbure, qui peut être utilisé pour fabriquer le matériau plastique polyéthylène) peuvent être produits.
CO2 L'électrolyse est un processus complexe en plusieurs étapes et plusieurs facteurs peuvent affecter l'efficacité du processus. Un défi particulier est la rupture de l'anode dans la solution électrolytique, qui entraîne une panne de l'appareil après environ une demi-journée d'utilisation. Cela rend le processus très coûteux et difficile à adapter à une utilisation industrielle.
Mais comme c'est précisément la durabilité de l'anode que les chercheurs ont augmentée, de bonnes nouvelles pourraient être à venir pour les entreprises travaillant avec le CO2. électrolyse.
Les chercheurs ont montré que l’une des principales causes de dégradation des anodes est la production d’acétate sur la cathode, où l’environnement est alcalin. Cela provoque la formation d’acide acétique à l’anode, abaissant ainsi le pH. Si le matériau de l'anode ne peut pas supporter le pH désormais bas de la solution d'électrolyse, il se dégradera et le dispositif d'électrolyse tombera en panne après environ 12 heures d'utilisation.
En éliminant l'acétate et en maintenant ainsi le pH de la solution électrolytique, les chercheurs ont découvert que la durabilité de l'anode pouvait être prolongée d'une demi-journée à plus de 100 heures. Alors que les chercheurs y sont parvenus en remplaçant manuellement la solution d'électrolyse toutes les 12 heures lorsque le pH devenait trop bas, un simple filtre pourrait résoudre ce problème une fois commercialisé.
"Nos lignes directrices indiquent aux chercheurs et à l'industrie qu'ils doivent surveiller la valeur du pH du côté de l'anolyte afin de maintenir un pH qui ne corrode pas l'anode. Il s'agit d'un point simple mais crucial pour les entreprises qui commencent déjà à commercialiser l'anode. technologie", déclare le professeur Brian Seger du DTU.
Plus d'informations : Qiucheng Xu et al, Identifier et atténuer les défis de durabilité des dispositifs d'assemblage membrane-électrode pour l'électrolyse du CO à haut débit, Nature Catalysis (2023). DOI :10.1038/s41929-023-01034-y
Informations sur le journal : Catalyse naturelle
Fourni par l'Université technique du Danemark
