(Xia, et al., Nature Energy, 2019) Wissenschaftler haben eine neue Methode erfunden, um Kohlendioxid in einen flüssigen Brennstoff umzuwandeln, der Energie effizient in Brennstoffzellen speichern kann.
Der Kraftstoff könnte eines Tages die Zukunft des umweltfreundlichen Transportwesens sein, indem er mehr Energie in den Tank stopft als die gleiche Menge Wasserstoff und gleichzeitig als Baustein für eine ganze chemische Produktionsindustrie dient.
In den vergangenen Jahren , eine neue Technologie auf Basis von Ameisensäure, hat als nächste Generation von Brennstoffzellen Aufmerksamkeit erregt.
Ameisensäure kommt uns normalerweise nicht in den Sinn, wenn wir an den Kraftstoff der Zukunft denken. Es trägt auf natürliche Weise zu den Schmerzen bei Bienen- und Ameisenstichen bei und ist ein hervorragender Energieträger. Es erfordert derzeit einfach viel Mühe, sich in eine nützliche Form zu konzentrieren.
Ingenieure der Rice University in Houston, Texas, haben den gesamten Produktionsprozess neu überdacht und eine clevere Methode entwickelt, um einige der aufwändigeren Schritte zu eliminieren und den Prozess deutlich effizienter zu machen.
„Normalerweise reduzieren Menschen Kohlendioxid in einem herkömmlichen flüssigen Elektrolyten wie Salzwasser.“ sagt der Chemiker Haotian Wang .
Diese gelösten Salze helfen dabei, das Gas in ein Molekül umzuwandeln, das Energie speichert. Aber sobald Sie den Brennstoff haben, müssen Sie sich auch mit einer dicken Salzsuppe herumschlagen, und das Heraussieben der Ameisensäure ist mühsame Arbeit.
„Deshalb verwendeten wir Festelektrolyte, die Protonen leiten und aus unlöslichen Polymeren oder anorganischen Verbindungen bestehen können, sodass keine Salze erforderlich sind.“ sagt Wang .
Der Ersatz des Elektrolyten durch eine feste Matrix war nur eine Verbesserung. Der zweite Schritt bestand darin, einen robusten Katalysator zu entwickeln, um den Umwandlungsprozess zu beschleunigen. Eine häufige Herausforderung besteht darin, einen Katalysator dort zu halten, wo Sie ihn haben möchten, ohne dass er sich im Laufe der Zeit verschlechtert und ausgetauscht werden muss.
Wismut ist nur der Katalysator für diesen Job. Es ist voluminöser als andere Metalle, die die gleiche Aufgabe erfüllen, und lässt sich nicht so leicht bewegen. Sie benötigen lediglich genügend Material, um aus einem Labortest eine Industrie zu machen.
Auch hier fand das Forschungsteam eine Lösung.
„Derzeit produziert man Katalysatoren im Milligramm- oder Gramm-Maßstab“, sagt der Hauptautor der Untersuchung, Chuan Xia .
„Wir haben eine Möglichkeit entwickelt, sie im Kilogrammmaßstab herzustellen.“
Das resultierende Gerät ist so konstruiert, dass es das Kohlendioxid durch den Katalysator leitet, wo es sich in ein negativ geladenes Molekül namens Formiat umwandelt.
Von dort diffundiert es in den Festelektrolytkern, wo es auf Wasserstoffionen trifft, die bei einer zweiten katalytischen Reaktion mit Wasser freigesetzt werden, was zu einer hochkonzentrierten Ameisensäurelösung führt.
Bisher hat sich gezeigt, dass der Prozess etwa 42 Prozent des Stroms aus einer Stromquelle in eine chemische Form umwandelt, die umgewandelt werden kann in Brennstoffzellen verwendet .
Dieser Strom kann problemlos aus einer erneuerbaren Quelle wie einer Photovoltaikzelle oder einer Windkraftanlage stammen und bietet so eine nette neue Möglichkeit, Energie aus ansonsten schwankenden Stromversorgungen zu speichern.
„Es ist auch in der chemischen Industrie von grundlegender Bedeutung als Ausgangsstoff für andere Chemikalien und als Speichermaterial für Wasserstoff, das fast das Tausendfache der Energie des gleichen Volumens an Wasserstoffgas speichern kann, das schwer zu komprimieren ist.“ sagt Wang .
„Das ist derzeit eine große Herausforderung für Wasserstoff-Brennstoffzellenautos.“
Die Atmosphäre nach Kohlendioxid abbauen, um unseren Bedarf zu decken steigender Energiebedarf im Zuge des Klimawandels klingt nach einer erfolgreichen Lösung.
Die Technologie macht Fortschritte bei der Suche nach Möglichkeiten, unseren Überschuss an Treibhausgasen zu nutzen, um uns von umweltschädlichen Kraftstoffen zu entwöhnen Verwenden Sie es zum Laden von Batterien ein Blatt von der Seite der Natur zu nehmen und Verbesserung der Photosynthese selbst .
Inzwischen sind andere Forscher daran interessiert, daraus eine zu machen solide materielle Ressource . Wenn nicht Vergrabe das Zeug einfach tief unter der Erde wieder in Felsform.
Wie auch immer wir es tun, es muss die Wirtschaft befriedigen, bevor es unser Selbsterhaltungsgefühl beeinträchtigt.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Naturenergie .