PRZETWARZANIE CO₂ W CIEKAWE CZĄSTECZKI I WYTWARZANIE TLENU DO SPALANIA TLENOWEGO

Spalanie tlenowe to technologia polegająca na spalaniu paliwa w obecności czystego tlenu zamiast powietrza z otoczenia. Pozwala to na wytwarzanie spalin zawierających głównie CO₂ i parę wodną, co ułatwia wychwytywanie CO₂ w celu jego składowania lub wykorzystania. Jednak wytwarzanie czystego tlenu jest energochłonne. Alternatywą jest opracowanie procesów umożliwiających przekształcanie CO₂ w cząsteczki o pożądanym zastosowaniu, przy jednoczesnym wytwarzaniu czystego tlenu jako produktu ubocznego. 

1. Systemy biologiczne: naturalna fotosynteza

Rośliny, glony i sinice wiążą CO₂ pod wpływem światła, wytwarzając cząsteczki organiczne, takie jak cukry, lipidy i kwasy organiczne. Tlen jest uwalniany podczas utleniania wody w fotobioreaktorze.

Zalety : naturalny, bezpośredni proces wykorzystujący energię słoneczną lub sztuczną, charakteryzujący się niskim zużyciem energii. 
Ograniczenia : niska wydajność fotosyntezy (< 5 %), duże zapotrzebowanie na powierzchnię i zasoby. 

2. Systemy sztuczne inspirowane fotosyntezą: a) Sztuczna fotosynteza: Podejście to czerpie inspirację z naturalnej fotosyntezy, ale charakteryzuje się wyższą wydajnością. Badania przeprowadzone przez CNRS wykazały, że fotokataliza może stanowić obiecującą metodę przekształcania CO₂, zwłaszcza w połączeniu z zaawansowanymi materiałami katalitycznymi. CNRS – Czasopismo  b) Elektroliza CO₂: Elektroliza CO₂ to proces elektrochemiczny, w którym CO₂ ulega redukcji na katodzie w celu wytworzenia paliw lub związków chemicznych, podczas gdy na anodzie woda ulega utlenieniu, co prowadzi do powstania czystego tlenu. Proces ten zapewnia elastyczność w zakresie uzyskiwanych produktów i może być połączony z odnawialnymi źródłami energii. Według instytutu IFP Energies Nouvelles elektroliza CO₂ jest rozwijającą się technologią, która ma znaczny potencjał w zakresie utylizacji CO₂, choć nadal istnieją wyzwania związane z kosztami i wydajnością. ifpenergiesnouvelles.fr
3. Cykle termochemiczne z wykorzystaniem tlenków metaliW cyklach termo-chemicznych wykorzystuje się tlenki metali, takie jak tlenek ceru (CeO₂), do przeprowadzania reakcji redukcji i utleniania. W wysokiej temperaturze tlenek metalu ulega redukcji, uwalniając czysty tlen. Ten zredukowany materiał jest następnie ponownie utleniany przez CO₂, co prowadzi do wytworzenia CO i regeneracji tlenku metalu. W pracy doktorskiej na Uniwersytecie w Perpignanie zbadano wykorzystanie cykli termo-chemicznych do produkcji syntetycznych paliw słonecznych, podkreślając ich potencjał w zakresie utylizacji CO₂. theses.fr
4. Podejścia hybrydowePojawiają się rozwiązania łączone mające na celu poprawę wydajności konwersji CO₂: 
   • Fotoelektrochemia (PEC) : połączenie światła i elektrolizy w celu zwiększenia wydajności. 
   • Bioelektrochemia : wykorzystanie mikroorganizmów elektroaktywnych, które redukują CO₂ przy pomocy źródła energii elektrycznej, przy jednoczesnej produkcji O₂. 
   Podejścia te mają na celu połączenie skuteczności, selektywności i trwałości.  

Wnioski 

Wytwarzanie czystego tlenu wraz z pożytecznymi cząsteczkami pochodzącymi z CO₂ stanowi strategiczną metodę zwiększenia konkurencyjności spalania tlenowego. 

• Systemy biologiczne : naturalny proces, ale o ograniczonej wydajności. 
• Psztuczna fotosynteza oraz elektroliza CO₂ : obiecujące technologie, ale energochłonne. 
• Cykle termochemiczne : wytrzymałe, zdolne do wytwarzania czystego CO i O₂, ale wymagające ekstremalnych warunków. 
• Podejścia hybrydowe : znajdują się jeszcze w fazie badań i rozwoju, ale są bardzo obiecujące pod względem połączenia skuteczności, trwałości i wydajności. 

W dłuższej perspektywie optymalna integracja tych systemów mogłaby umożliwić wykorzystanie CO₂ w obiegu zamkniętym w połączeniu z spalaniem tlenowym, które jest mniej zależne od energii szarej, co przyczyniłoby się do przejścia na gospodarkę niskoemisyjną. 

W tym kontekście, Platforma W przyczyniło się do rozwoju technologii spalania tlenowego, proponując innowacyjne rozwiązanie, które przekształca CO₂ w cząsteczkę o praktycznym zastosowaniu w celu wytwarzania tlenu.

Dowiedz się więcej