Assessing the feasibility of carbon dioxide mitigation options in terms of energy usage

Babacan, Oytun; Causmaecker, Sven De; Gambhir, Ajay; Fajardy, Mathilde; Rutherford, A. William; Fantuzzi, Andrea; Nelson, Jenny

doi:10.1038/s41560-020-0646-1

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“…Water electrolysis driven by renewables has been shown to be favorable in comparison to several other alternatives in terms energy required to abate a unit of CO 2 emissions. [ 367 ] PEC modules should be able to achieve a similar performance to be considered a viable CO 2 mitigation technology. Currently, the fabrication of active cell components is estimated to be the largest energy input into the manufacturing of a PEC module, and one of the main determinants in the net energy performance.…”

Section: Future Directionsmentioning

confidence: 99%

A Review of Inorganic Photoelectrode Developments and Reactor Scale‐Up Challenges for Solar Hydrogen Production

Moss

Babacan

Kafizas

et al. 2021

Advanced Energy Materials

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Green hydrogen, produced using solar energy, is a promising means of reducing greenhouse gas emissions. Photoelectrochemical (PEC) water splitting devices can produce hydrogen using sunlight and integrate the distinct functions of photovoltaics and electrolyzers in a single device. There is flexibility in the degree of integration between these electrical and chemical energy generating components, and so a plethora of archetypal PEC device designs has emerged. Although some materials have effectively been ruled out for use in commercial PEC devices, many principles of material design and synthesis have been learned. Here, the fundamental requirements of PEC materials, the top performances of the most widely studied inorganic photoelectrode materials, and reactor structures reported for unassisted solar water splitting are revisited. The main phenomena limiting the performance of up‐scaled PEC devices are discussed, showing that engineering must be considered in parallel with material development for the future piloting of PEC water splitting systems. To establish the future commercial viability of this technology, more accurate techno‐economic analyses should be carried out using data from larger scale demonstrations, and hence more durable and efficient PEC systems need to be developed that meet the challenges imposed from both material and engineering perspectives.

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Section: Future Directionsmentioning

confidence: 99%

A Review of Inorganic Photoelectrode Developments and Reactor Scale‐Up Challenges for Solar Hydrogen Production

Moss

Babacan

Kafizas

et al. 2021

Advanced Energy Materials

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“…A las opciones ya planteadas debe añadirse la eficiencia energética y la optimización de los procesos actuales como los únicos métodos que pueden contribuir a reducir las emisiones de CO 2 en un lapso de 4 a 5 años (Babacan, et al, 2020). Para optimizar los procesos de transformación de los recursos fósiles y así disminuir las emisiones de CO 2 es necesario conocer en detalle su química.…”

Section: Impacto Ambiental Del Uso Intensivo De Los Combustibles Fósilesunclassified

“…En julio del 2020 se registró una concentración de 417 ppm de CO 2 , y es claro que este aumento tan alto corresponde al CO 2 antropogénico originado por el uso intensivo de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), principalmente por los países más desarrollados (Inglaterra, Alemania, Estados Unidos, Japón, Corea y, actualmente, China e India). Hoy se liberan anualmente a la atmósfera alrededor de 40.000.000.000 toneladas de CO 2 (Babacan, et al, 2020; Intergovernmental Panel on Climate Change -IPCC, 2019). De esta cantidad, el 25 a 30 % es absorbido por los océanos (Fuss, et al, 2014) y un 8 a 30 % por la vegetación existente y la meteorización de minerales.…”

unclassified

“…El tiempo de permanencia del carbono inorgánico disuelto en el mar es alrededor de 100.000 años; sin embargo, este tiempo puede variar con los cambios en la alcalinidad. Para limitar el calentamiento global a 1.5 ºC se requiere que las emisiones de CO 2 estén entre 25.000 y 30.000 millones de toneladas para el 2030 (Babacan, et al, 2020) , con cero emisiones a partir del 2050. En un informe publicado en el 2019 por el Fondo Monetario Internacional (FMI, 2019) se estimó que los daños causados al ambiente por los principales países consumidores de combustibles fósiles pueden estar alrededor de los dos trillones de dólares.…”

unclassified

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Ciclos del dióxido de carbono en la formación y utilización de combustibles fósiles y su efecto en el cambio climático

Mondragón¹

2021

Rev. Acad. Colomb. Cienc. Ex. Fis. Nat.

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El dióxido de carbono es una molécula que ha estado presente en la Tierra desde su formación hasta nuestros días y participa en los diferentes ciclos de transformación del carbono. El más importante es el asociado a la conversión de carbono inorgánico a carbono orgánico a través del proceso de fotosíntesis catalizado por la enzima rubisco, el cual permitió el origen de la vida en la Tierra y el almacenamiento de energía solar durante millones de años en lo que hoy llamamos combustibles fósiles. En esta revisión se presenta un breve recuento de los cambios en la concentración atmosférica del CO2 desde su formación hasta nuestros días. Además, se discute la formación y el estudio de las estructuras químicamente complejas que caracterizan algunos de los combustibles fósiles, así como los mecanismos químicos por los cuales se recupera la energía almacenada y se vuelve a generar CO2 al usar dichos combustibles. Se analizan asimismo las implicaciones del uso acelerado de estos recursos en los últimos 150 años, lo que ha llevado el sistema “tierra” a un aumento crítico de la temperatura, con la consecuente necesidad de acciones urgentes para que el incremento sea inferior a 1,5 oC con referencia a la época preindustrial, pues, de no hacerlo, ello tendría consecuencias catastróficas para la vida en la Tierra.

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“…Indeed, the past decade has seen rapid progress in research and development in CCU technologies in the search for recarbonization pathways for industrial and chemical processes (Birdja et al, 2019;De Luna et al, 2019;Schiffer and Manthiram, 2017). The main motivation behind CO 2 -based chemistry is not to remediate CO 2 emissions but to decarbonize the synthesis of chemicals by providing cleaner alternatives to fossil-based precursors (Artz et al, 2018;Babacan et al, 2020). CCU pathways may include processes at different fundamental chemistry pathways: biochemical, bioelectrochemical, electrochemical, photocatalytic, photosynthetic, and thermo-catalytic processes.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Process modeling, techno-economic assessment, and life cycle assessment of the electrochemical reduction of CO2: a review

et al. 2021

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The electrochemical reduction of CO 2 has emerged as a promising alternative to traditional fossil-based technologies for the synthesis of chemicals. Its industrial implementation could lead to a reduction in the carbon footprint of chemicals and the mitigation of climate change impacts caused by hard-to-decarbonize industrial applications, among other benefits. However, the current low technology readiness levels of such emerging technologies make it hard to predict their performance at industrial scales. During the past few years, researchers have developed diverse techniques to model and assess the electrochemical reduction of CO 2 toward its industrial implementation. The aim of this literature review is to provide a comprehensive overview of techno-economic and life cycle assessment methods and pave the way for future assessment approaches. First, we identify which modeling approaches have been conducted to extend analysis to the production scale. Next, we explore the metrics used to evaluate such systems, regarding technical, environmental, and economic aspects. Finally, we assess the challenges and research opportunities for the industrial implementation of CO 2 reduction via electrolysis.

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Assessing the feasibility of carbon dioxide mitigation options in terms of energy usage

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A Review of Inorganic Photoelectrode Developments and Reactor Scale‐Up Challenges for Solar Hydrogen Production

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Ciclos del dióxido de carbono en la formación y utilización de combustibles fósiles y su efecto en el cambio climático

Process modeling, techno-economic assessment, and life cycle assessment of the electrochemical reduction of CO2: a review

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