Электролиз углекислого газа как альтернатива углю

Прочитано: 85 раз(а)


Уголь в Рейнском регионе является не только важным топливом для производства электроэнергии. Он также используется в химической промышленности для производства важных основных химических веществ. Но к моменту отказа от угля эти вещества придется получать из других возобновляемых источников. Одним из примеров является угарный газ, или сокращенно CO, который необходим для производства некоторых пластиков и уксусной кислоты.

Для этого ученые из Forschungszentrum Jülich работают над безвредной для климата технологией, основанной на возобновляемой энергии. С помощью электролиза CO 2 парниковый газ CO 2 преобразуется непосредственно в монооксид углерода . Теперь исследователи преодолели важное препятствие и разработали масштабируемый стек ячеек для крупномасштабных приложений.

Исследование является частью проекта структурных изменений iNEW, целью которого является содействие росту и сохранению рабочих мест в Рейнском регионе за счет внедрения процессов, основанных на возобновляемых источниках энергии.

«Угарный газ обычно производится промышленностью на месте в больших масштабах. Его трудно транспортировать, потому что это токсичный и легковоспламеняющийся газ», — объясняет Максимилиан Квентмайер, аспирант Юлихского института исследований энергетики и климата (IEK-9). . Обычно уголь сжигают с подачей кислорода для производства газа.

Но после поэтапного отказа от угля потребуются другие процессы. В будущем CO по-прежнему будет необходим в качестве основного химического вещества. Среди прочего, он требуется для производства поликарбонатов и полиуретанов, которые используются, например, для изготовления очковых линз и изоляционных панелей.

Вместе со своим руководителем Бернхардом Шмидом Максимилиан Квентмайер работает над процессом, который также известен как электролиз CO 2 в CO. В этом подходе используется так называемый газодиффузионный электрод: пористый электрод, на тыльную сторону которого подается CO 2 , а на лицевой стороне он прилегает к жидкому или твердому электролиту. Электрод соединяет две среды и электрический ток и, таким образом, гарантирует, что в конечном итоге образуется «зеленый» монооксид углерода CO.

Возможный климат-негативный путь

Этот процесс не только привлекает химическую промышленность , но и способствует защите климата. « При работе с возобновляемой энергией электролизные установки CO 2 будут работать без воздействия на климат. Если углекислый газ поступает из атмосферы, например, путем прямого улавливания воздуха или переработки биогаза, эта технология даже потенциально неблагоприятна для климата. », — объясняет Бернхард Шмид.

В целом технология может помочь активно снизить концентрацию CO 2 в атмосфере. «В принципе, возобновляемые пластмассы будущего станут поглотителями углерода, подобными древесине», — говорит Бернхард Шмид.

Веха достигнута на пути к практическому применению

Квентмайер и Шмид уже достигли важной вехи на пути к коммерциализации. Им удалось преобразовать одиночную ячейку в электролизер пакетного типа, внеся множество улучшений и заменив компоненты, и протестировали его в различных тестах производительности. Результаты были недавно опубликованы в журнале ACS Sustainable Chemical Engineering.

В стопке ячейки компактно уложены друг на друга. Стопка меньших ячеек намного дешевле в производстве по сравнению с большой одиночной ячейкой. «Есть несколько аспектов, которые необходимо учитывать при проектировании пакета, начиная с одной ячейки . Например, ячейки для газовой реакции имеют несколько камер, которые обычно не поддерживаются лабораторными размерами. Ячейки пакета должны выдерживать силу сжатия и при в то же время остаются проницаемыми», — объясняет Максимилиан Квентмайер.

Исходя из реалистичных условий процесса, исследователи из Юлиха оптимизировали для этой цели конструкцию газового поля и коллектора электрического тока. Вместо обычного жидкого электролита в качестве опорного элемента используется твердый проточный полимерный электролит из ионопроводящей синтетической смолы, конструктивно поддерживающий электролитный зазор.

Благодаря продуманной конструкции анода исследователи также смогли полностью отказаться от электролитной камеры между мембраной и анодом. Для стека положительные и отрицательные электроды, катод и анод соседних ячеек были заменены одним компонентом (биполярной пластиной), который соединяет две ячейки.

В текущей экспериментальной установке с использованием модульных компонентов, которые не оптимизированы для эффективности, стек достигает эффективности 30%. «Для этого типа процесса, который уже работает при температуре ниже 100°C, это уже весьма многообещающий результат», — объясняет директор института профессор Рюдигер-А. Эйхель.

«По сравнению, например, с высокотемпературным совместным электролизом, конструкция установки относительно проста и позволяет производить чистый CO вместо синтез-газа, что еще больше упрощает переработку для многих приложений . компаний в Рейнском регионе, экономя транспортные расходы», — говорит Рюдигер-А. Эйхель. Следующими шагами являются дальнейшие разработки и повышение эффективности, чтобы довести пакет ячеек до финальной стадии готовности к массовому производству.

Электролиз углекислого газа как альтернатива углю



Новости партнеров