Umwandlung von CO2 in Ethanolstrom

CO₂ gilt als die wichtigste Emission fossiler Brennstoffe im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung bei vielen verschiedenen Produktions- und Chemieanwendungen. Infolgedessen wird viel geforscht, um effizientere Methoden zur Verringerung der CO₂ Emissionen durch Abscheidung, Sequestrierung und Umwandlung von Kohlenstoff.

Im Gegensatz dazu ist Ethanol ein bekanntes Rauschmittel, Desinfektionsmittel und eine Energiequelle. In der Tat, ungefähr 10% der modernen Benzinkraftstoffmischungen enthalten Ethanol, das hauptsächlich aus Maisbiomasse gewonnen wird. Aus diesen Gründen ist Ethanol von Natur aus wertvoll und wird zu einem Preis von etwa $1000 pro Tonne gehandelt, mit einem Weltmarktvolumen von $75 Milliarden pro Jahr.

Im Jahr 2020 entwickelten Forscher ein hoch energieeffizientes, kohlenstoffneutrales oder kohlenstoffnegatives elektrochemisches Verfahren mit geringen variablen Kosten, um die Umwandlung von CO₂ direkt in Ethanol umzuwandeln. Da der größte Teil des heutigen Ethanolangebots aus Biomasse stammt, ist die massenhafte Einführung von CO₂ Umwandlung als alternative Ethanolproduktionstechnik wird dazu beitragen, die Kosten für Alkohol und Lebensmittel zu senken und gleichzeitig die CO₂Auswirkungen auf die globale Erwärmung.

Im Folgenden beschreiben wir ausführlich, wie diese Umstellung funktioniert und wie die Massendurchflussregler von Alicat zur Optimierung des Prozesses eingesetzt werden können.

Elektrokatalytische CO₂ Reduktion auf Ethanol

Die CO₂ Reaktionsweg der Reduktion

Elektrokatalytische CO₂ Reduktion unter Verwendung verschiedener Elektrokatalysatoren aus Halbleitern mit geeigneten Bandausrichtungen oder kompatiblen Metall- und Halbleiternanopartikeln führt zu einer Reihe von wertvolle Brennstoffe und Chemikalien unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht. Durch Änderung der Konfiguration der verwendeten Halbleiter und Metalle werden verschiedene Chemikalien hergestellt. Vor allem Kupferkatalysatoren erzeugen verschiedene Arten von Endprodukten, darunter eine breite Palette wertvoller Kohlenwasserstoffe und Oxygenate.

In einigen Konfigurationen finden diese Reaktionen in einer Elektrolysezelle statt, in anderen in einem elektrolytischen Medium zwischen einer Anode und einer Kathode. In einigen Systemkonzepten wird das CO₂ wird vor der Elektrolyse mit deionisiertem Wasser befeuchtet, um eine gleichmäßigere Stromerzeugung zu gewährleisten und das System gesund zu erhalten.

Bei der Verwendung von Kupferkatalysatoren können die Aktivität und die Selektivität der CO₂RR-Weg kann so angepasst werden, dass verschiedene Endprodukte wie Ethylen (C₂H₄), Ethanol (C₂H₅OH), und Propanol (C₃H₇OH).

A 91% FE CO₂ Umwandlungsprozess in Ethanol  

Eine hocheffiziente CO₂ zu Ethanol Verfahren wurde vom Center for Nanoscale Materials des Argonne National Laboratory und der APS entwickelt. Bei diesem Verfahren wurden kohlenstoffgestützte Kupferkatalysatoren verwendet, um eine stromsparende, kostengünstige CO₂ zu Ethanol mit einer FE von 91% bei einem Potential von nur -0,7 V (gegenüber der reversiblen Wasserstoff-Elektrode) mit einem Anfangspotential von nur -0,4 V (reversible Wasserstoff-Elektrode).

Bei dieser Konfiguration wird reines CO₂ wurde in eine elektrochemische Zelle mit einem PH-Wert von 6,8 gegeben, die eine katalysatorbeschichtete Graphenfolie aus speziellen einatomigen kohlenstoffgetragenen Kupferelektrokatalysatoren als Arbeitselektrode, eine Ag/AgCl-Referenzelektrode und eine Platindraht-Gegenelektrode enthielt. EINE 0,1 M KHCO₃ Lösung diente als Elektrolyt. Konstantes CO₂ Der Durchfluss wurde während des gesamten Tests bei 30 Standardkubikzentimetern pro Minute (sccm) für 4.000 Sekunden gehalten.

CO₂ Steuerung des Elektrolyseflusses mit Alicat-Geräten

Alicat's MC-Serie von Massendurchflussreglern sind so konzipiert, dass sie den Fluss des CO₂ durch die Aufrechterhaltung wiederholbarer und genauer Daten und Kontrollen über einen großen Bereich von Durchflussraten sowie die ständige Überwachung von Betriebsdruck und Temperatur, was einen präziseren Betrieb der elektrochemischen Zelle und genauere Testbedingungen ermöglicht.

• Durchflussgenauigkeit bis zu ±0,6% vom Messwert oder ±0,1% vom Endwert
• Reproduzierbarkeit bis zu ± 0,1% vom Messwert + 0,02% vom Endwert 

Alicat's CODA KC-Reihe der Coriolis-Massedurchflussregler sind für die Durchflussregelung von Flüssigkeiten oder Gasen mit hoher Luftfeuchtigkeit geeignet und können universell für alle verschiedenen Arten von Elektrolysesystemen eingesetzt werden. Außerdem arbeitet die CODA KC-Serie mit einem breites Spektrum für hohe und niedrige Drücke, so dass ein und dasselbe Gerät zur Steuerung verschiedener Flüssigkeitsgemische verwendet werden kann. CODA-Durchflussregler eignen sich gut für die in diesem Experiment verwendeten niedrigen Durchflussraten, mit Messbereichen von bis zu 40 g/h (und bis zu 100 kg/h).

• Durchflussgenauigkeit für Flüssigkeiten bis zu ±0,6% vom Messwert oder ±0,2% vom Skalenendwert und mit einer Wiederholbarkeit von nur ±0,1% vom Skalenendwert
• Die Durchflussgenauigkeit für Gase ist bis zu ±1% des Messwerts oder ±0,2% des Skalenendwerts genau, je nachdem, welcher Wert größer ist.

Zusätzliche Unterstützung

Die Durchfluss- und Druckregler von Alicat können in weiteren Bereichen eingesetzt werden. Elektrolyse-AnwendungenDazu gehören die direkte Regelung anderer Elektrolysesysteme, Prüfstände für die Überprüfung von Membranen und Katalysatoren, die Modellierung von Brennstoffzellensystemen und vieles mehr.

Alicat’s mass flow and pressure controllers provide operating solutions for various electrolysis applications. Whether you are using electrolysis for ethanol or hydrogen production, or for making other chemicals, we can optimize your procedure.