Преобразование CO2: Диафрагмы вместо мембран для экономики замкнутого цикла

Переработка углекислого газа в полезные продукты — ключевой шаг на пути к устойчивому производству. Этот процесс позволяет получать из CO2 монооксид углерода, который затем может быть преобразован в богатые энергией соединения с помощью электричества. Однако существующие устройства для такого преобразования используют анионообменные мембраны, которые со временем разрушаются при контакте с органическими материалами, снижая эффективность процесса.

Команда исследователей под руководством Фэн Цзяо, профессора Вашингтонского университета в Сент-Луисе, предложила использовать в качестве альтернативы этим мембранам недорогие и прочные материалы — пористые сепараторы, известные как диафрагмы. Эти материалы показали себя как жизнеспособное решение для процесса преобразования монооксида углерода.

Проведенные испытания различных диафрагм продемонстрировали, что некоторые из них работают не хуже, а иногда и лучше, чем коммерческие полимерные мембраны в различных рабочих условиях. Результаты исследования были опубликованы 26 сентября в журнале Nature Communications. Первыми авторами статьи являются Ванью Дэн, научный сотрудник, и Сиян Син, аспирант.

Диафрагмы эффективно предотвращают смешивание газообразных продуктов катода и анода, при этом изготавливаются из недорогих материалов. Лаборатория Цзяо разработала конструкцию электролизера для преобразования монооксида углерода на основе диафрагмы. После тестирования различных материалов, ячейки электролизера с использованием Zirfon (тип диафрагменного продукта, содержащего диоксид циркония) сохраняли эффективность более 250 часов при температуре 60 градусов Цельсия, в то время как лучшие коммерческие мембраны выдерживали только около 150 часов. Кроме того, масштабированный электролизер на основе Zirfon стабильно работал в течение 700 часов.

«Эти результаты показывают, что диафрагмы могут стать масштабируемым и долговечным решением для преобразования монооксида углерода, делая процесс более дешевым и совместимым с возобновляемыми источниками энергии», — отметил Цзяо, который также является директором Центра управления углеродными выбросами и заместителем директора Инженерного исследовательского центра NSF CURB.

Команда продолжит совершенствовать свои технологии электролиза для повышения эффективности. Чем доступнее и эффективнее станет процесс переработки отходящих газов, тем быстрее производственные системы смогут перейти к моделям замкнутого цикла и устойчивости.