การรีดิวซ์คาร์บอนไดออกไซด์ด้วยวิธีไฟฟ้าเคมี

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

การรีดิวซ์คาร์บอนไดออกไซด์ด้วยวิธีไฟฟ้าเคมี (อังกฤษ: electrochemical reduction of carbon dioxide หรือ CO2RR เป็นกระบวนการเปลี่ยนแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นสารเคมีในรูปที่ถูกรีดิวซ์ลงกว่าเดิมโดยใช้พลังงานไฟฟ้า กระบวนการนี้เป็นหนึ่งในขั้นตอนที่เป็นไปได้ของการกับเก็บและใช้งานคาร์บอน[1]

คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) สามารถถูกรีดิวซ์ด้วย CO2RR ให้เป็นสารอินทรีย์ เช่น ฟอร์เมต (HCOO-)[2] คาร์บอนมอนออกไซด์ (CO) มีเทน (CH4) เอทิลีน (C2H4) และ เอทานอล (C2H5OH)[3][4][5] ตัวเร่งปฏิกริยาไฟฟ้าเคมีที่มีความจำเพาะต่อสารอินทรีย์แต่ละตัว เช่น ดีบุกสำหรับกรดมด เงินสำหรับคาร์บอนมอนอกไซด์ และทองแดงสำหรับมีเทน เอทิลีน หรือ เอทานอล CO2RR ยังสามารถผลิต เมทานอล โพรพานอล และ 1-บิวทานอล ได้ด้วยแต่ในปริมาณที่น้อย[6] ความท้าทายสำคัญของกระบวนการนี้มีสองประการ ได้แก่ ราคาค่าไฟฟ้าที่สูง (เมื่อเทียบเคียงกับปิโตรเลียม) และ คาร์บอนไดออกไซด์มักจะอยู่ปนกับออกซิเจนมีความจำเป็นต้องแยกออกจากกันก่อนเข้ากระบวนการรีดักชัน

ตัวอย่างแรกของกระบวนการ CO2RR เริ่มในคริตศตวรรษที่ 19 เมื่อมีการใช้สังกะสีเป็นขั้วคาโทดเพื่อรีดิวซ์คาร์บอนไดออกไซด์ให้กลายเป็นคาร์บอนมอนออกไซด์ การวิจัยตื่นตัวอีกครั้งในช่วง ค.ศ. 1980-1989 หลังวิกฤกตการณ์น้ำมันในช่วง ค.ศ. 1970-1979 ใน ค.ศ. 2021 โรงงานต้นแบบสำหรับการรีดิวซ์คาร์บอนไดออกไซด์ด้วยวิธีไฟฟ้าเคมีได้รับการพัฒนาขึ้นโดยบริษัทหลายแห่ง อาทิ ซีเมนส์[7] ไดออกไซด์แมทีเรียวส์[8][9] ทเวลว์ มีการวิเคราะห์ความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจและเทคโนโลยีเพื่อศึกษาจุดที่ต้องปรับปรุงทางเทคนิคและความเป็นไปได้ทางการค้าสำหรับการทำแยกคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยไฟฟ้าที่เงื่อนไขใกล้เคียงกับสภาพบรรยากาศและอุณหภูมิปกติ[10][11]

การเร่งปฏิกริยาไฟฟ้าเคมี[แก้]

การรีดิวซ์คาร์บอนไดออกไซด์ด้วยวิธีไฟฟ้าเคมีเป็นสารผลิตภัณฑ์แต่ละชนิดมักจะอธิบายได้ด้วย:

ปฏิกริยา ศักย์ไฟฟ้ารีดักชัน[12]

Eo (V)

CO2 + 2 H+ + 2 e− → HCOOH −0.61
CO2 + 2 H+ + 2 e− → CO + H2O −0.53
CO2 + 8 H+ + 8 e− → CH4 + 2 H2O −0.24
2 CO2 + 12 H+ + 12 e− → C2H4 + 4 H2O −0.349
2 CO2 + 12 H+ + 12 e− → C2H5OH + 3 H2O −0.329

ศักย์ไฟฟ้ารีดักชันสำหรับปฏิริยาเคมีเหล่านี้ใกล้เคียงกับปฏิกิริยาการเกิดไฺฮโดรเจนในสารละลายนำไฟฟ้า ดังนั้นการรีดิวซ์คาร์บอนไดออกไซด์ด้วยไฟฟ้าเคมีจึงมักเกิดแข่งจันกับการเกิดไฮโดรเจน[5]

อ้างอิง[แก้]

  1. ↑ "Dream or Reality? Electrification of the Chemical Process Industries". www.aiche-cep.com (ภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 2021-08-22.
  2. ↑ Valenti G, Melchionna M, Montini T, Boni A, Nasi L, Fonda E, และคณะ (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. ↑ Centi G, Perathoner S (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. ↑ Qiao J, Liu Y, Hong F, Zhang J (January 2014). "A review of catalysts for the electroreduction of carbon dioxide to produce low-carbon fuels". Chemical Society Reviews. 43 (2): 631–75. doi:10.1039/c3cs60323g. PMID 24186433.
  5. ↑ 5.0 5.1 Appel AM, Bercaw JE, Bocarsly AB, Dobbek H, DuBois DL, Dupuis M, และคณะ (August 2013). "Frontiers, opportunities, and challenges in biochemical and chemical catalysis of CO2 fixation". Chemical Reviews. 113 (8): 6621–58. doi:10.1021/cr300463y. PMC 3895110. PMID 23767781.
  6. ↑ Ting LR, García-Muelas R, Martín AJ, Veenstra FL, Chen ST, Peng Y, และคณะ (November 2020). "Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide to 1-Butanol on Oxide-Derived Copper". Angewandte Chemie. 59 (47): 21072–21079. doi:10.1002/anie.202008289. PMC 7693243. PMID 32706141.
  7. ↑ "CO2 is turned into feedstock". siemens-energy.com Global Website (ภาษาอังกฤษ). คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2021-07-09. สืบค้นเมื่อ 2021-07-04.
  8. ↑ "CO2 Electrolyzers With Record Performance". Dioxide Materials (ภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 2021-07-04.
  9. ↑ Masel, Richard I.; Liu, Zengcai; Yang, Hongzhou; Kaczur, Jerry J.; Carrillo, Daniel; Ren, Shaoxuan; Salvatore, Danielle; Berlinguette, Curtis P. (2021). "An industrial perspective on catalysts for low-temperature CO 2 electrolysis". Nature Nanotechnology (ภาษาอังกฤษ). 16 (2): 118–128. Bibcode:2021NatNa..16..118M. doi:10.1038/s41565-020-00823-x. ISSN 1748-3395. OSTI 1756565. PMID 33432206. S2CID 231580446.
  10. ↑ Jouny, Matthew; Luc, Wesley; Jiao, Feng (2018-02-14). "General Techno-Economic Analysis of CO2 Electrolysis Systems". Industrial & Engineering Chemistry Research. 57 (6): 2165–2177. doi:10.1021/acs.iecr.7b03514. ISSN 0888-5885. OSTI 1712664.
  11. ↑ Shin, Haeun; Hansen, Kentaro U.; Jiao, Feng (October 2021). "Techno-economic assessment of low-temperature carbon dioxide electrolysis". Nature Sustainability (ภาษาอังกฤษ). 4 (10): 911–919. doi:10.1038/s41893-021-00739-x. ISSN 2398-9629. S2CID 235801320.
  12. ↑ Sun Z, Ma T, Tao H, Fan Q, Han B (2017). "Fundamentals and Challenges of Electrochemical CO2 Reduction Using Two-Dimensional Materials". Chem. 3 (4): 560–587. doi:10.1016/j.chempr.2017.09.009.
เข้าถึงจาก "https://th.wikipedia.org/w/index.php?title=การรีดิวซ์คาร์บอนไดออกไซด์ด้วยวิธีไฟฟ้าเคมี&oldid=11172407"