Новый электрохимический элемент, преобразующий газообразный диоксид углерода в ценные соединения, сможет использовать преимущества высокотемпературных технологий, включая усовершенствованные атомные реакторы нового поколения. Данный элемент в настоящее время разрабатывается учеными Национальной лаборатории штата Айдахо (INL) Министерства энергетики США.
Протонно-керамический электрохимический элемент, разработанный в рамках проекта, финансируемого программой INL по управляемым лабораторным исследованиям и разработкам, способствует химической реакции, которая превращает захваченный диоксид углерода в оксид углерода или метан – соединения, которые являются важными прекурсорами для многих промышленных процессов или продуктов.
В элементе используется керамический материал, который легко проводит протоны (атомы водорода), содержащиеся в простой молекуле, такой как вода. Затем эти протоны соединяются с диоксидом углерода в электрохимической реакции с образованием моноксида углерода или метана. Команда INL, возглавляемая старшим научным сотрудником Донг Дингом, показала, что поверхность керамического материала можно точно настроить для того, чтобы сделать ее селективной по отношению к прекурсорам для производства окиси углерода или метана.
Реакция расщепления воды на кислородном электроде и гидратации PrNi0.5Co0.5O3−δ INL«Новый элемент – одна из самых многообещающих технологий, которая может преобразовывать газообразный CO2 в полезные промежуточные продукты», - говорит Донг Динг, - «Очень сложно разорвать связи оксида углерода. С помощью этого электрохимического элемента мы сможем использовать тепло и электричество, поступающие от возобновляемых источников и атомной энергии, для разрывания связи оксида углерода в углекислом газе».
Новое устройство будет располагаться у источника выбросов углерода и потребует тепла и электричества для питания процесса, и сможет использовать преимущества высокотемпературных технологий, таких как интегрированные энергетические системы, включающиеся в себя следующее поколение усовершенствованных ядерных реакторов. Такие реакторы могут быть размещены вместе с промышленными предприятиями, производящими биотопливо, биоэнергетику или биопродукты. Соответственно, высокотемпературный пар и электричество данных реакторов можно будет использовать для рециркуляции углекислого газа биоэнергетических комплексов.
Ученые из Аргоннской, Сандийской и Тихоокеанской северо-западной национальных лабораторий сотрудничают с командой Донга Динга для расширения развертывания данного процесса, включая планы использования передовых производственных технологии для создания более крупных электрохимических элементов, которые будут далее включены в пилотный интегрированный проект на площадке Лаборатории энергетических систем Национальной лаборатории штата Айдахо.
Данное исследование опубликовано онлайн в журнале Nature Catalysisexternal link, opens in a new tab.
Новые протонно-керамические электрохимические ячейки INL
