La riduzione elettrochimica dell’anidride carbonica (CO₂R) è un approccio strategico volto a completare il ciclo del carbonio per la produzione chimica. Tradizionalmente, questo campo si è concentrato prevalentemente sulla conduzione dell’elettrolisi sulla CO₂ sotto pressione atmosferica standard. Tuttavia, nelle applicazioni industriali, la CO₂ è tipicamente pressurizzato durante la cattura, il trasporto e lo stoccaggio, spesso esistendo in uno stato disciolto.

È stata svelata una scoperta significativa: sottoporre la CO acquosa₂ ad una pressione di 50 bar altera la CO₂Vie R, favorendo la formazione di formiato. Questo fenomeno è costantemente osservato nella CO2 comunemente utilizzata₂catalizzatori R. Attraverso lo sviluppo di tecniche efficaci per operare ad alte pressioni, compreso un approccio misurabile di spettroscopia Raman durante la reazione in corso, è stata stabilita una connessione tra la maggiore preferenza per il formiato e l'accresciuta copertura di CO₂ sulla superficie del catodo. Questa collaborazione tra modelli teorici e dati sperimentali supporta fortemente questo meccanismo e ha portato a migliorare la superficie catodica di un elettrodo di rame con uno strato resistente ai protoni. Questa innovazione amplifica l'impatto selettivo causato dalla pressione. Inoltre, la ricerca ha svelato il potenziale per trasformare la CO2 ad alta pressione in fase gassosa₂ in etilene (C₂H₄) tramite CO₂R. Sono stati condotti calcoli sulla teoria del funzionale della densità per identificare una gamma di leghe di rame che promuovono la dimerizzazione C-C ad alta pressione, che rappresenta la fase limitante della velocità per C₂H₄ produzione. Le previsioni teoriche sono state convalidate attraverso una combinazione di misurazioni elettrochimiche e osservazioni operando, guidando la progettazione di un catalizzatore a base di rame per una conversione efficiente e attiva della CO₂ a C₂H₄.

Una sessione interattiva di domande e risposte segue la presentazione.

Xu Lu è professore assistente di Ingegneria Meccanica presso la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST). È affiliato al Clean Combustion Research Center (CCRC) e al KAUST Solar Center (KSC). Il laboratorio di conversione e stoccaggio di energia a basse emissioni di carbonio (LECS) di Lu si concentra sulla conversione elettrochimica della CO ad alta pressione₂ conversione. Finora, il LECS Lab ha generato due brevetti provvisori e articoli di ricerca statunitensi Nature Communications (due), Angewandte Chemie, Giornale di ingegneria chimica, Joule, e altri. Il laboratorio LECS sta inoltre sviluppando vetrine all’avanguardia su scala pilota con partner industriali come ACWA Power e Aramco. Ha conseguito la laurea e il dottorato di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell'Università di Hong Kong rispettivamente nel 2012 e nel 2017. Si è formato come ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Chimica dell'Università di Yale. Lu è entrato a far parte di KAUST nel marzo 2021.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/electrochemical-conversion-of-high-pressure-carbon-dioxide/