Onderzoekers hebben een nieuwe elektrode ontworpen die het makkelijker maakt om op grote schaal CO2 om te zetten in ethyleen, een basisbestanddeel van plastic.
Een manier om onze uitstoot in te perken is koolstofdioxide opvangen aan de bron en verwerken tot brandstof, chemische grondstof of zelfs bouwmaterialen. Maar zulke pogingen waren tot hier toe zelden economisch levensvatbaar.
Ingenieurs aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) claimen nu een doorbraak. Het team ontwierp een nieuw soort elektrode voor verschillende elektrochemische systemen die het omzettingsproces efficiënter maakt. Hun bevindingen staan in het tijdschrift Nature Communications.
“We kunnen al langer afgevangen CO2 transformeren in een bruikbaar product”, verklaart hoogleraar Kripa Varanasi, één van de auteurs van de nieuwe studie. “De vraag waarmee we aan dit onderzoek begonnen, was hoe dat ook kosteneffectief kan.”
Teflon
De focus van het onderzoek lag op de elektrochemische omzetting van CO2 in ethyleen, een veelgebruikte chemische stof waarvan verschillende soorten plastic en brandstoffen kunnen worden gemaakt.
Het elektrochemische proces dat CO2 omzet in ethyleen bestaat uit een oplossing op waterbasis en een katalysator die in contact komt met elektrische stroom in een apparaat dat een “gasdiffusie-elektrode” wordt genoemd. De materialen in deze elektrode moeten goede geleiders zijn, maar tegelijk ook waterafstotend. Dat zijn twee concurrerende eigenschappen.
Het team loste dat probleem op met PTFE of teflon, waarvan bekend is dat het goede waterafstotende eigenschappen heeft. Bovendien weefden de onderzoekers een reeks geleidende koperdraden door de zeer dunne teflonlaag.
Opschalen
Dat systeem blijkt ook op te schalen. De onderzoekers maakten een plaat die tien keer groter was dan de typische laboratoriumschaal, zonder aan efficiëntie in te boeten.
Industriële toepassingen zullen elektrodes vereisen die misschien wel honderd keer groter zijn dan de lab-versies, dus zullen geleidende draden toegevoegd moeten worden om zulke systemen praktisch te maken, aldus de onderzoekers. Maar dit ‘weefproces’ zou gemakkelijk geïntegreerd kunnen worden in bestaande productieprocessen.
“Je kunt deze micrometrische koperdraad in elke gewenste gasdiffusie-elektrode naaien, ongeacht de katalysator. Dat maakt onze aanpak zo interessant”, meent doctoraatsstudent Simon Rufer.
