Репортаж от Wedoany，Международная исследовательская группа под руководством Инженерной школы Маккелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе разработала новую технологию, позволяющую снизить стоимость преобразования углекислого газа в высокоценные химические продукты с помощью возобновляемой электроэнергии примерно на 25%, одновременно повышая долговечность катализатора.
Данная технология предотвращает деградацию катализатора при частых перебоях в подаче электроэнергии из возобновляемых источников, таких как солнечная или гидроэнергия, позволяя катализатору непрерывно работать до 750 часов без потери производительности. Это особенно важно для интеграции промышленных процессов улавливания и использования углерода с энергосистемами на основе возобновляемых источников, выработка которых сама по себе нестабильна и прерывиста.
Большая часть экспериментальных работ проводилась в лаборатории заслуженного профессора Лорен и Ли Фикселей Фэн Цзяо (Feng Jiao) на кафедре энергетики, окружающей среды и химической инженерии Вашингтонского университета под руководством бывшего постдокторанта этой лаборатории Wanyu Deng и аспирантки Ahryeon Lee. Целью исследования было найти более экономичный способ преобразования остаточного CO₂ в полезные соединения, такие как ацетат, путём адаптации работы электрохимической системы к доступности возобновляемой электроэнергии.
Исследователи разработали систему, способную увеличивать производство при низких ценах на электроэнергию и сокращать или приостанавливать его при росте затрат на энергию. Однако многократное полное отключение катализатора приводило к постепенной деградации его компонентов, снижая долгосрочную эффективность. Yifei Xu и Bingjun Xu из Пекинского университета с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния in situ обнаружили, что повторяющиеся циклы включения-выключения деградируют медный катод. В присутствии оксида углерода на поверхности накапливается карбонат меди; в присутствии аргона медь окисляется с образованием оксида меди.
Решением стала замена полного отключения на стратегию контролируемой остановки. Исследователи поддерживали медный катод на минимальном рабочем уровне, ниже 1% от обычной плотности тока. Этот незначительный ток был достаточен для предотвращения образования карбоната и окисления меди, сохраняя целостность катализатора в течение длительного времени работы. Уильям Эндрю Годдард III из Калифорнийского технологического института в сотрудничестве разработал вычислительные модели для более детального понимания механизма реакции и процессов образования карбоната и гидроксида на поверхности медного катализатора.
Фэн Цзяо отметил, что следующим шагом станет разработка более устойчивых каталитических систем и создание стратегий, которые можно легко интегрировать в промышленные процессы электролиза оксида углерода. Эти достижения имеют решающее значение для обеспечения надёжной работы при прерывистом возобновляемом электроснабжении и ускорят внедрение устойчивых технологий преобразования CO₂ в ценные для промышленности химические продукты.
