Células electroquímicas eficientes para la conversión de CO2
Científicos de la Universidad de Stanford han desarrollado células electroquímicas que convierten el monóxido de carbono (CO) del CO2 en compuestos comercialmente viables de manera más efectiva y eficiente que las tecnologías existentes. Su investigación proporciona una nueva estrategia para separar el CO2 y convertirlo en materias primas químicas.
La captura de CO2 de las fuentes de emisión es una opción atractiva para mitigar el cambio climático, pero es un proceso costoso en el que un producto se cosecha sin valor comercial. Sin embargo, los científicos pueden aumentar el valor del CO2 capturado por electrólisis, una técnica que utiliza la electricidad para degradar compuestos y convertirlos en productos deseables como el etileno para la producción de polímeros o el acetato como reactivo para la síntesis química.
"Los productos C2 como el etileno, el acetato y el etanol son naturalmente más valiosos que los productos C1 como el metano porque son materias primas químicas versátiles", dice el autor principal Matthew Kanan, profesor asociado de química de la Universidad de Stanford.
Aunque la conversión de CO2 en CO ya es comercialmente factible, el desarrollo de una tecnología que pueda producir productos químicos C2 a escala industrial a partir de CO sigue siendo un reto. La electrólisis debe convertir el CO a alta velocidad en productos con bajos requerimientos de energía total para ser viable. Las celdas electroquímicas anteriores requerían un gran exceso de CO para lograr una alta tasa de electrólisis, lo que resultaba en productos diluidos que necesitaban ser concentrados y purificados - un proceso que requiere más energía (a un costo más alto).
Las celdas electroquímicas desarrolladas por Kanan y su equipo combaten estas ineficiencias con un diseño modificado que produce una corriente concentrada de gas etileno y una solución de acetato de sodio 1.000 veces más concentrada que el producto obtenido con celdas anteriores. La celda utiliza un electrodo de difusión de gas (GDE) en combinación con un campo de flujo cuidadosamente diseñado que mejora significativamente la liberación de CO a la superficie del electrodo y la eliminación de productos. El equipo también eliminó la necesidad de una solución electrolítica en la celda al conectar el GDE directamente a una membrana. Esto produce una solución de etileno y acetato concentrado en el electrodo y lo expulsa de la célula en una sola corriente de vapor.
"Antes de este trabajo, la combinación de alta electrólisis, alta conversión de CO y flujos de productos concentrados no se había logrado", dice Kanan.
El equipo está actualmente escalando su prototipo para determinar si el diseño necesita ser modificado para tener éxito a escala industrial y espera que eventualmente puedan combinar sus celdas de electrólisis de CO con las tecnologías existentes de conversión de CO2 a CO. El dispositivo también puede ser útil para la exploración espacial, en particular para misiones espaciales, en las que no es posible abastecer el espacio desde la Tierra. En colaboración con investigadores dirigidos por John Hogan en el Centro de Investigación Ames de la NASA, el equipo está trabajando para combinar la síntesis electroquímica con la biosíntesis microbiana para reciclar el CO2 exhalado por los astronautas en alimentos y nutrientes.
Mediante la interferencia cuántica en combinación con una máscara de ranura, las moléculas pueden separarse según su geometría.
Ripatti et al.
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