Combinar la reducción electroquímica de CO2 con procesos industriales
Los investigadores han desarrollado un reactor de hueco cero para la electrólisis de CO2 con una presión diferencial de hasta 40 bares
El ciclo del carbono puede cerrarse con ayuda de la reducción electroquímica delCO2: Las emisiones inevitables de la producción de hormigón o la incineración de residuos se convierten en CO y, por tanto, en el punto de partida de productos químicos o combustibles. Sin embargo, hay un obstáculo que acecha a la aplicación industrial de esta tecnología: (aún) no es compatible con la infraestructura existente. Investigadores de Fraunhofer UMSICHT y de la Universidad del Ruhr de Bochum han desarrollado una posible solución: un nuevo reactor que convierte eficazmente elCO2 utilizandoCO2 presurizado y agua pura.
"ElCO2 es ya parte integrante de muchos procesos industriales, como el reformado del gas natural, la producción de óxido de etileno y la combustión de oxicombustible", explica el profesor Ulf-Peter Apfel, jefe del departamento de Electrosíntesis de Fraunhofer UMSICHT y del grupo de investigación de Química Inorgánica de la Universidad del Ruhr de Bochum. "En estos procesos, el CO₂ se presuriza inmediatamente después o se comprime a presiones más altas para su almacenamiento y transporte. La despresurización de estosflujos de CO2 para su uso enla electrólisis de CO2 dificulta la integración de las tecnologías electrolíticas y conlleva más pérdidas de energía."
Para evitar este paso, los investigadores han desarrollado un reactor de hueco cero para la electrólisis de CO₂ que puede funcionar con una presión diferencial de hasta 40 bares. Se basa en un nuevo diseño e incluye, entre otras cosas, una nueva membrana de intercambio de protones mecánicamente estable con una fina capa superior aniónica. Este nuevo sistema permite la producción de bloques de carbono a presiones diferenciales de 40 bar(g) y, al mismo tiempo, simplifica el diseño del electrolizador, ya que sólo se utiliza agua pura en el ánodo. Otros aspectos destacados:
- La presión diferencial aumenta la selectividad del producto CO hasta el 81% a una densidad de corriente de 500 mA cm(-2) .
- El reactor puede funcionar con un excedente de CO₂ muy bajo, de modo que hasta el 25 por ciento del CO₂ utilizado actualmente puede reducirse a la oficina de conformidad en una sola pasada.
- Alta selectividad del producto de CO cuando se opera con la membrana de intercambio protónico modificada y agua pura como anolito - incluso a altas densidades de corriente por encima de 300 mA cm-2.
"Al operar a presiones diferenciales, el sistema mejora significativamente las tasas de conversión y la estabilidad, haciendo que el proceso sea más sostenible y eficaz", resume Ulf-Peter Apfel. "Estos avances permiten integrar laconversión de CO2 en las industrias químicas existentes y fomentan una mayor innovación en la tecnología de catalizadores y reactores, promoviendo métodos de producción química más respetuosos con el medio ambiente."
Los resultados completos de los investigadores pueden leerse en el artículo "Differential PressureCO2 Electrolysis Opens the Way for Direct Coupling to Industrial Processes" en la revista "Chem Catalysis": https://s.fhg.de/CS78. Ya se ha solicitado la patente del nuevo diseño de reactor. La tecnología también se utilizará en el proyecto "Leuna 100".
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