Elektrochemische reductie van koolstofdioxide

De elektrochemische reductie van koolstofdioxide, ook bekend als elektrolyse van koolstofdioxide, is de omzetting van koolstofdioxide (CO2) in meer gereduceerde moleculen met behulp van elektrische energie. Het is een mogelijke stap richting het afvangen en gebruiken van CO2 (carbon capture), waarvoor het als een veelbelovende methode gezien wordt.[1]

Elektrochemische reductie van koolstofdioxide is een mogelijke manier om chemicaliën of brandstoffen te produceren, waarbij kooldioxide (CO2) wordt omgezet in organische grond- en brandstoffen zoals mierenzuur (HCOOH),[2] koolstofmonoxide (CO), methaan (CH4), ethyleen (C2H4) en ethanol (C2H5OH).[3][4][5] Veelgebruikte metaalkatalysatoren voor deze processen zijn tin voor mierenzuur, zilver voor koolstofmonoxide en koper voor methaan, ethyleen of ethanol. Methanol, propanol en 1-butanol zijn, in kleinere hoeveelheden, ook geproduceerd via elektrochemische reductie van CO2.[6] De belangrijkste uitdagingen zijn de relatief hoge kosten van elektriciteit (versus aardolie) en het feit dat de meeste CO2 gemengd is met O2 en dus een ongeschikt substraat vormt.

De eerste voorbeelden van elektrochemische reductie van kooldioxide dateren uit de 19e eeuw, toen koolstofdioxide met behulp van een zinkkathode werd gereduceerd tot koolstofmonoxide. Het onderzoek op dit gebied werd versneld door de olie-embargo's van de jaren zeventig. Sinds 2021 lopen er bij verschillende bedrijven, waaronder Siemens,[7] Dioxide Materials,[8][9] Twelve en GIGKarasek[10] pilots om deze technieken te commercialiseren.

Referenties

  1. ↑ (en) Dream or Reality? Electrification of the Chemical Process Industries. www.aiche-cep.com.
  2. ↑ (2020). Water-Mediated ElectroHydrogenation of CO2 at Near-Equilibrium Potential by Carbon Nanotubes/Cerium Dioxide Nanohybrids. ACS Appl. Energy Mater. 3 (9): 8509–8518. DOI: 10.1021/acsaem.0c01145.
  3. ↑ (2009). Opportunities and prospects in the chemical recycling of carbon dioxide to fuels. Catalysis Today 148 (3–4): 191–205. DOI: 10.1016/j.cattod.2009.07.075.
  4. ↑ (January 2014). A review of catalysts for the electroreduction of carbon dioxide to produce low-carbon fuels. Chemical Society Reviews 43 (2): 631–75. PMID 24186433. DOI: 10.1039/c3cs60323g.
  5. ↑ (August 2013). Frontiers, opportunities, and challenges in biochemical and chemical catalysis of CO2 fixation. Chemical Reviews 113 (8): 6621–58. PMID 23767781. PMC 3895110. DOI: 10.1021/cr300463y.
  6. ↑ (November 2020). Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide to 1-Butanol on Oxide-Derived Copper. Angewandte Chemie 59 (47): 21072–21079. PMID 32706141. PMC 7693243. DOI: 10.1002/anie.202008289.
  7. ↑ (en) Evonik and Siemens to generate high-value specialty chemicals from carbon dioxide and eco-electricity. Siemens.
  8. ↑ (en) CO2 Electrolyzers With Record Performance. Dioxide Materials.
  9. ↑ (en) Masel, Richard I. (2021). An industrial perspective on catalysts for low-temperature CO 2 electrolysis. Nature Nanotechnology 16 (2): 118–128. ISSN: 1748-3395. PMID 33432206. DOI: 10.1038/s41565-020-00823-x.
  10. ↑ (en) CO2 utilization technologies. GIGKarasek.