Un team di ricercatori della Stanford University è riuscito a sviluppare un sistema di celle elettrochimiche in grado di convertire il monossido di carbonio (CO) derivato dalla CO2 in composti commercialmente utili in modo più efficace ed efficiente rispetto alle tecnologie esistenti.
La ricerca, pubblicata il 25 ottobre sulla rivista Joule , fornisce una nuova strategia per la cattura dello CO2 e per la sua conversione.
La cattura della CO2 direttamente dalle fonti di emissione è un’opzione allettante per mitigare i cambiamenti climatici, ma è un processo costoso che raccoglie un prodotto senza valore commerciale. La nuova ricerca permette, però, di aggiungere valore alla CO2 catturata usando l’elettrolisi, una tecnica che utilizza la corrente elettrica per scomporre i composti, e convertirli in prodotti più desiderabili come l’etilene per la produzione di polimeri o l’acetato come reagente per la sintesi chimica.
Secondo l’autore senior della ricerca Matthew Kanan, professore associato di chimica alla Stanford University “I prodotti C2 come l’etilene, l’acetato e l’etanolo sono intrinsecamente più preziosi dei prodotti C1 come il metano perché sono prodotti chimici versatili“.
Mentre la conversione di CO2 in CO è già commercialmente possibile, lo sviluppo di una tecnologia in grado di produrre prodotti chimici C2 da CO su scala industriale è ancora una sfida. L’elettrolisi deve convertire il CO in prodotti ad alta velocità con un basso fabbisogno energetico complessivo per essere redditizio. I precedenti tipi di celle elettrochimiche richiedevano un notevole apporto di CO per ottenere un alto tasso di elettrolisi, che si traduce in prodotti diluiti che devono essere concentrati e purificati, un processo che richiede più energia (e maggiori costi).
Le celle elettrochimiche create da Kanan e dal suo team combattono queste inefficienze con un design modificato che produce un flusso concentrato di gas etilene e una soluzione di acetato di sodio 1000 volte più concentrato rispetto al prodotto ottenuto con le celle precedenti. La cella utilizza un elettrodo di diffusione del gas (GDE) combinato con un campo di flusso attentamente progettato che migliora notevolmente l’erogazione di CO sulla superficie dell’elettrodo e la rimozione dei prodotti.
Il team ha inoltre eliminato la necessità di una soluzione elettrolitica nella cellula connettendo il GDE direttamente con una membrana. Di conseguenza, sia l’etilene che la soluzione di acetato concentrato vengono prodotti all’elettrodo e recuperati dalla cella grazie ad una singola corrente di vapore. “Prima di questo lavoro, la combinazione di un alto tasso di elettrolisi, alta conversione di CO e flussi di prodotti concentrati non era stata raggiunta“, ha spiegato Kanan.
Il team sta attualmente testando il prototipo per determinare se il progetto necessita di modifiche sostanziali per poter essere utilizzato su scala industriale, con la speranza che alla fine sia possibile combinare le nuove celle elettrolitiche con le tecnologie già esistenti per convertire CO2 in CO. Il dispositivo potrebbe anche essere utile per l’esplorazione dello spazio, in particolare missioni nello spazio profondo in cui non è possibile rifornirsi dalla Terra.
In collaborazione con i ricercatori guidati da John Hogan presso il NASA Ames Research Center, il team sta lavorando per combinare la sintesi elettrochimica con la biosintesi microbica per riciclare la CO2 espulsa dagli astronauti ed ottenere cibo e altre sostanze utili.
