Un electrolizor transformă dioxidul de carbon într-un combustibil și – pentru prima dată – poate funcționa folosind curenți intermitenți. Acest lucru îl face ideal pentru integrarea cu surse de energie regenerabilă, cum ar fi solarul și eolianul, care suferă de fluctuații majore de putere în funcție de vreme. Dispozitivul arată promițător în ceea ce privește scalabilitatea și stabilitatea – a funcționat timp de o săptămână fără pierderi de performanță.

Grupul lui Janáky a venit cu o tehnologie cu flux continuu pentru a reduce dioxidul de carbon anul trecut, dar nu a putut face față curentului electric fluctuant precum cel furnizat de surse regenerabile. „Tehnologiile gata pentru intermitent au existat pentru electrolizoarele de apă, dar nu pentru conversia dioxidului de carbon”, explică cercetătorul principal Csaba Janáky de la Universitatea din Szeged, Ungaria. „În mod tradițional, utilizarea CO2 se bazează pe cataliză termică și este concepută pentru funcționare continuă, ceea ce limitează posibilitățile de integrare a surselor regenerabile de energie”. Acum, echipa a conceput o soluție electrochimică care depășește obstacolele.

Principala provocare a electrolizoarelor cu CO2 este tratarea diferențelor de presiune. Deoarece reacția de reducere necesită dioxid de carbon și apă, care dă monoxid de carbon și hidrogen (syngas), schimbările bruște de putere generează amestecuri de gaze incontrolabile. Acest lucru a distrus primul lor design bazat pe microfluidic, spune Janáky. „Nu a putut face față presiunii și performanța a dispărut”. Cu toate acestea, un dispozitiv diferit a oferit rezultate remarcabile. Imitând celulele de combustibil cu hidrogen, cercetătorii au strâns anodul și catodul de o membrană schimbătoare de ioni – un aranjament care rezistă fluctuațiilor de presiune. Celula a supraviețuit timp de peste 150 de ore în condiții de intrare intermitente similare cu alimentarea neregulată a fermelor solare și eoliene.

Cheia pentru electrolizoare mai bune este monitorizarea – și înțelegerea – efectelor presiunii, spune Janáky. Deși aceste efecte perturbă dispozitivele microfluidice, ele par să mărească performanța modelelor de celule de combustibil.

„Fluctuațiile de presiune ajută la menținerea bulelor în mișcare în sistem prin invocarea fluxului”, explică Tom Burdyny, expert în materiale la TU Delft, Olanda. „Este un avantaj frumos observat de autori!” Burdyny apreciază, de asemenea, eforturile de inginerie. „[Unele dintre] instrumentele folosite pentru măsurarea produselor și pentru a asigura funcționarea intermitentă programată sunt noi”, spune el.

Carla Casadevall, expertă în fotosinteză artificială la Universitatea din Cambridge, Marea Britanie, a fost „cu adevărat impresionată” când Janáky a prezentat rezultatele la o conferință recentă. „Este foarte complicat să operați electrolizoarele de CO2 sub curenți intermitenți”, spune ea. Vitezele de reacție intermitente înseamnă fluxuri de gaz inconsistente. „[Astfel], schimbările de presiune duc la acumularea de apă în catod, ceea ce dăunează stabilității electrolizatorului”, explică ea. Casadevall vede un potențial mare de scalabilitate. „Densitățile actuale din studiu au o relevanță industrială reală… iar celulele stivuite ar putea transmite capacități mai mari.”

Janáky a fondat recent eChemicles, un start-up pentru a accelera aplicațiile comerciale ale electrolizoarelor. „Catalizatorii și materialele existau în cea mai mare parte, dar trebuia să proiectăm un dispozitiv integrat”, spune el. „Sperăm să stabilim standardele pentru reducerea CO2”.

În viitor, acest tip de celulă ar putea produce substanțe chimice complexe dincolo de gazul de sinteză și ar putea funcționa cu dioxidul de carbon captat, spune Casadevall. „Avem nevoie de tehnologii care se cuplează direct cu celulele solare și [turbinele] eoliene pentru a obține combustibili și substanțe chimice verzi”, spune ea. „Aceste electrolizoare arată progrese promițătoare către utilizarea curată a CO2”.