de.wedoany.com-Bericht: Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der McKelvey School of Engineering der Washington University in St. Louis hat eine neue Technologie entwickelt, die die Kosten für die Umwandlung von Kohlendioxid in hochwertige Chemikalien mithilfe von erneuerbarem Strom um etwa 25 % senkt und gleichzeitig die Haltbarkeit des Katalysators verbessert.
Die Technologie verhindert die Degradation des Katalysatormaterials, die auftritt, wenn die Stromversorgung aus erneuerbaren Quellen wie Sonne oder Wasser häufig unterbrochen wird, und ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb des Katalysators über bis zu 750 Stunden ohne Leistungsverlust. Dies ist besonders wichtig für die Integration industrieller Prozesse der Kohlenstoffabscheidung und -nutzung in Energiesysteme auf Basis erneuerbarer Energien, deren Stromerzeugung selbst schwankend und intermittierend ist.
Der Großteil der experimentellen Arbeiten wurde im Labor von Feng Jiao, Inhaber des Lawrence and Lee Fixel Distinguished Professor am Fachbereich für Energie, Umwelt und Chemieingenieurwesen der Washington University, unter der Leitung des ehemaligen Postdoktoranden Wanyu Deng und der Doktorandin Ahryeon Lee durchgeführt. Ziel der Forschung war es, durch die Anpassung des Betriebs elektrochemischer Systeme an die Verfügbarkeit erneuerbaren Stroms einen wirtschaftlicheren Weg zu finden, um verbleibendes Kohlendioxid in nützliche Verbindungen wie Acetat umzuwandeln.
Die Forscher entwickelten ein System, das die Produktion bei niedrigen Strompreisen steigern und bei steigenden Energiekosten reduzieren oder pausieren kann. Das wiederholte vollständige Abschalten des Katalysators führte jedoch zu einer allmählichen Degradation seiner Komponenten, was die langfristige Effizienz beeinträchtigte. Yifei Xu und Bingjun Xu von der Universität Peking analysierten dies mittels In-situ-Raman-Spektroskopie und fanden heraus, dass wiederholte Ein-Aus-Zyklen die Kupferkathode degradieren. In Gegenwart von Kohlenmonoxid sammelt sich Kupfercarbonat auf der Oberfläche an; in Gegenwart von Argon wird Kupfer oxidiert und bildet Kupferoxid.
Die Lösung bestand darin, das vollständige Abschalten durch eine kontrollierte Stoppstrategie zu ersetzen. Die Forscher hielten die Kupferkathode auf einem minimalen Betriebsniveau, das unter 1 % der üblichen Stromdichte lag. Dieser winzige Strom reichte aus, um die Bildung von Carbonat und die Oxidation von Kupfer zu verhindern, wodurch die Integrität des Katalysators über lange Betriebszeiten erhalten blieb. William Andrew Goddard III vom California Institute of Technology entwickelte in Zusammenarbeit Computermodelle, um den Reaktionsmechanismus sowie die Bildung von Carbonat und Hydroxid auf der Kupferkatalysatoroberfläche detaillierter zu verstehen.
Feng Jiao erklärte, dass der nächste Schritt darin bestehe, robustere Katalysesysteme zu entwickeln und Strategien zu erarbeiten, die sich einfach in industrielle Prozesse der Kohlenmonoxid-Elektrolyse integrieren lassen. Diese Fortschritte seien entscheidend, um einen zuverlässigen Betrieb unter intermittierender erneuerbarer Stromversorgung zu gewährleisten und die Einführung nachhaltiger Technologien zur Umwandlung von Kohlendioxid in industriell wertvolle Chemikalien zu beschleunigen.
