Betriebsparameter und ihre Auswirkungen

Die Abscheidung, Speicherung und Nutzung von Kohlendioxid wurde umfassend erforscht, um CO2-Null-Emissionen zu erreichen und Probleme des Klimawandels zu lösen. Die Elektrolyse von geschmolzenem Salz ist eine vielversprechende Methode zur gleichzeitigen Abscheidung und Umwandlung von CO2 in wertvolle Kohlenstoffmaterialien und Sauerstoff mit hoher Stromeffizienz, um einen vielversprechenden positiven Cashflow zu erzielen. Für zukünftige Scale-up-Anwendungen muss diese Methode jedoch noch untersucht werden.

Ein Team von Wissenschaftlern hat die Prozessmechanismen der CO2-Elektrolyse mit geschmolzenem Salz, die Salzauswahl und die Auswirkungen der Betriebsbedingungen, einschließlich Temperatur und Spannung, untersucht. Diese Arbeit ist veröffentlicht in Industrielle Chemie und Materialien.

„Forschung zur Kohlenstoffabscheidung, -speicherung und -nutzung ist für die aktuelle Klimakrise von entscheidender Bedeutung“, sagte Ying Zheng, Professorin an der Western University in London, Ontario, Kanada. „In dieser Rezension haben wir CO2-Emissionsquellen aussortiert und den Roman diskutiert.“ CO2-Elektrolyse mit geschmolzenem Salz zur gleichzeitigen Kohlenstoffabscheidung und -umwandlung für Kraftwerksrauchgas, das den größten Emissionsort darstellt. Mehrere Betriebsbedingungen wurden zusammengefasst, um aktualisierte Informationen und Leitlinien bereitzustellen. Außerdem wird ein Ausblick auf die Herausforderungen und Nachteile für zukünftige Arbeiten erwähnt .“

Dieses geschmolzene Salzsystem bietet zahlreiche Vorteile, darunter eine hohe Stromeffizienz, eine einfachere Feststofftrennung des erzeugten Kohlenstoffs, technische Kohlenstoff-Nanostrukturen und einen positiven Cashflow. Die Hauptkomponenten des Elektrolysesystems sind Elektrolyte, Kathode und Anode. Carbonate werden als Elektrolyte bevorzugt, da sie im Vergleich zu Chloriden eine bessere CO2-Absorptionsfähigkeit und eine höhere Stromeffizienz aufweisen. Um Nebenreaktionen der Metallabscheidung zu vermeiden und niedrigere Schmelzpunkte zu erreichen, werden häufig Lithium-, Natrium- und Kaliumcarbonate kombiniert und verwendet. Additive, insbesondere Oxide, werden üblicherweise hinzugefügt, um die Gassorption in Chloriden zu erhöhen und auch Kohlenstoffnanostrukturen mit verschiedenen Additivmaterialien und -mengen zu beeinflussen.

Kathodenmaterialien können auch die Kohlenstoffmorphologie beeinflussen. Beliebte Materialien sind Fe, Ni, Pt, ihre Metalloxide und Legierungen. Anoden werden in der Regel Materialien mit hoher Haltbarkeit und Korrosionsschutzfähigkeit verwendet, wie z. B. Metalloxide und Legierungen zur Sauerstoffentwicklung. Temperatur und Spannung sind die beiden wesentlichen Betriebsparameter, da sie die Aktivierungsenergie der Elektrolyse steuern. Höhere Temperaturen unterdrücken die Kohlenstoffbildung, verbessern aber die CO-Produktion. Konstantstrom- oder Konstantspannungselektrolyse sind die wichtigsten Techniken, die für das Elektrolysesystem verwendet werden. Die Untersuchung der Spannung konzentriert sich nicht nur auf Elektrolysepotentiale, sondern auch auf den Energieverbrauch.

Die CO2-Elektrolyse mit geschmolzenem Salz hinterlässt jedoch einige Forschungslücken. Die erste Herausforderung besteht in der Skalierung des Systems, da die aktuelle Forschung im Labormaßstab durchgeführt wird. Außerdem sollte die Untersuchung der Korrosion an Elektroden und Geräten unter Elektrolyse, hohen Betriebstemperaturen und flüssigen Karbonaten untersucht werden. Über die Haltbarkeit und Kontinuität des kontinuierlichen Betriebs des Elektrolysesystems wurde bisher nicht berichtet. Die technische Analyse wurde nicht gründlich durchgeführt, um mehr Informationen für die zukünftige Kommerzialisierung bereitzustellen, einschließlich eines gesamten Prozessflussdesigns, einer Massen- und Energiebilanz, einer wirtschaftlichen Analyse usw. Weitere Herausforderungen können die Gestaltung der Oberfläche und Form der Elektroden sowie ein gleichmäßiger Kohlenstoff sein Morphologie, Forschung zur Kohlenstoffablagerungsrate, Gasverunreinigungen und mehr.

Professor Ying Zheng sagte: „Das Hauptziel dieser Übersicht besteht darin, aktuelle Studien zur Salzschmelze-Elektrolyse zu aktualisieren und dabei deren Zwecke, Vorteile, Mechanismen, neuartige Forschungsergebnisse und zukünftige Forschungsaussichten im Bereich der CO2-Abscheidung und -Umwandlung abzudecken.“