Elektrochemický článek mění CO2 na užitečné produkty

Elektrochemický článek, který přeměňuje plynný oxid uhličitý na cenné sloučeniny metan nebo oxid uhelnatý, bude moci využít vysokoteplotní technologie, včetně zdokonalených reaktorů IV. generace. Vyvíjejí jej vědci v Idaho National Laboratory ministerestva energetiky USA.

Protonický keramický elektrochemický článek byl vyvinutý v rámci projektu financovaného z programu INL Laboratory Directed Research and Development. Umožňuje chemickou reakci, která přeměňuje zachycený oxid uhličitý na oxid uhelnatý nebo s vodou na metan, sloučeniny, které jsou důležitými výchozími surovinami mnoha průmyslových procesů nebo produktů. 

Elektrochemický článek používá keramický materiál, který snadno vede protony (jádra atomů vodíku), které poskytuje jednoduchá molekula vody. Tyto protony se pak spojují s oxidem uhličitým v elektrochemické reakci za vzniku oxidu uhelnatého nebo metanu. Tým INL, vedený Senior Scientistem Dong Dingem, ukázal, že povrch keramického materiálu lze jemně vyladit tak, aby selektivně  produkoval oxidu uhelnatý nebo metan. 

„Článek je jednou z nejslibnějších technologií, které mohou přeměnit plynný CO₂ na užitečné meziprodukty“, řekl Ding. „Je velmi těžké rozbít vazby uhlík-kyslík. S tímto elektrochemickým článkem můžeme využít teplo a elektřinu pocházející z obnovitelných zdrojů nebo jaderné energie k rozbití vazby uhlík-kyslík v CO₂." 

Zařízení by se umísťovalo ke zdroji uhlíkových emisí. Vyžadovalo by teplo a elektřinu k napájení procesu,  mohlo by využívat výhod vysokoteplotních technologií, jako jsou integrované energetické systémy, které zahrnují další generaci pokročilých jaderných reaktorů. Takové reaktory by mohly být umístěny společně s průmyslovými závody, které produkují biopaliva, bioenergii nebo bioprodukty. Vysokoteplotní pára a elektřina z reaktoru by pak mohly být použity k recyklaci oxidu uhličitého z bioenergetické elektrárny. 

Buňka je zatím velká jako hodinky, ale výzkumní pracovníci z Argonne National Laboratory, Sandia National Laboratories a Pacific Northwest National Laboratory spolupracují s Dingovým  týmem na rozšíření procesu a plánují použít zdokonalenou výrobní technologii k získání větších elektrochemických buněk, které budou zařazeny do integrovaného energetického demonstračního projektu v Energy Systems Laboratory v Idaho Falls, která je součástí INL. 

Zdroj: World Nuclear News, 17.5.2021. Electrochemical cell leverages next-generation  nuclear heat.