Fra CO2 til grønne kemikalier – forskere er et skridt nærmere

For meget CO₂ i atmosfæren er en af de store synderne i den globale opvarmning. Men forestil dig, at vi kan omdanne indfanget CO₂ til anvendelige, grønne kemikalier. Det er muligt gennem elektrolyse af CO₂, men processen er kompleks og omkostningsfuld.

Forskere er nu kommet et skridt nærmere i udviklingen af en teknologi, som kan omdanne indfanget CO₂ til kemikalier som ætanol og ætylen, der blandt andet kan bruges i produktionen af plastik. Størstedelen af den plastik, vi bruger i dag, er lavet af fossil-baserede kemikalier, som står for omkring 5 % af vores globale CO₂-udledning. Elektrolyse med CO₂ tilbyder et grønt alternativ og gør det samtidig muligt at anvende indfanget CO₂ som ressource. Teknologien har hermed et stort potentiale i samfundets grønne omstilling.

“Vi har fundet ud af hvor i den kemiske proces med elektrolyse af CO/CO₂ at elektrolyseapparatet går i stykker og hvorfor. Vores resultater giver klare retningslinjer til forskere og industrien for at forlænge holdbarheden af elektrolyseapparater for elektrolyse med CO/CO₂, hvilket vil styrke en kommercialisering af teknologien”, siger DTU professor Brian Seger.

Resultaterne er netop offentliggjort i det international tidsskrift Nature Catalysis under titlen: Identifying and alleviating the durability challenges in the membrane-electrode-assembly for high-rate CO electrolysis.

Elektrolyse med CO₂

For at forstå betydningen af resultaterne skal man først forstå principperne bag elektrolyse. Med elektrolyse kan man adskille stof i dets grundlæggende elementer eller fremstille nye kemiske forbindelser. Det er en kendt kemisk proces, der foregår ved at man sætter strøm til en elektrolyt, som er en opløsning eller smeltet forbindelse, der kan lede elektrisk strøm.

Her vil elektrolyttens positive ioner blive tiltrukket af en katode, mens elektrolyttens negative ioner vil blive tiltrukket af en anode. Ved elektrolyse af f.eks. vand (H₂O) vil anoden i et elektrolysekar fyldt med vand tiltrække ilt (O₂) mens katoden vil tiltrække hydrogen (H₂) hvorved vandet splittes op i dets grundbestanddele.

Det første mellemprodukt i en CO₂-elektrolyse er CO (kulilte). Herefter følger en CO-elektrolyse, hvorved man kan producere de værdifulde kemikalier ætanol (alkohol, der kan bruges til brændsel) og ætylen (kulbrinte, som bl.a. bruges til at lave plastmaterialet polyethylen).

Holdbarhed fra en halv dag til 100 timer

Elektrolyse med CO₂ er imidlertid en mere kompleks proces i flere trin og der er flere faktorer, der kan påvirke processens effektivitet. En særlig udfordring er nedbrydning af anoden i elektrolyseopløsningen, hvorved apparatet går i stykker efter ca. en halv dag i brug. Det gør processen meget omkostningsfuld og svær at skalere op til industrielt brug.

Men idet det netop er holdbarheden af anoden forskerne har øget, så kan der være godt nyt på vej til de virksomheder, der arbejder med CO₂-elektrolyse.

Forskerne har vist, at et af de største problemer, der kan forårsage nedbrydning af anoden, er en produktion af acetat på katoden, hvor miljøet er basisk. Det bevirker, at der dannes eddikesyre ved anoden og pH-værdien sænkes. Hvis materialet på anoden ikke kan håndtere den lave pH-værdi i elektrolyseopløsningen, bliver den nedbrudt og elektrolyseapparatet går i stykker efter ca. 12 timers brug.

Ved at fjerne acetatet og herved vedligeholde pH-værdien i elektrolytopløsningen, har forskerne fundet frem til, at holdbarheden af anoden kan forlænges fra en halv dag til mere end 100 timer. Mens forskerne manuelt udskiftede elektrolyseopløsningen hver 12. time, når pH-værdien blev for lav, kan et filter, når det er blevet udviklet og kommercialiseret, løse problemet.

“Vores retningslinjerne fortæller forskere og industrien, at de skal overvåge pH-værdien på anode-siden for at opretholde en pH, der ikke nedbryder anoden. Det er en enkel pointe, men afgørende for de virksomheder, der allerede er begyndt at kommercialisere teknologien”, siger DTU professor Brian Seger.