Capacitance‐Assisted Sustainable Electrochemical Carbon Dioxide Mineralisation

Abstract

An electrochemical cell comprising a novel dual‐component graphite and Earth‐crust abundant metal anode, a hydrogen producing cathode and an aqueous sodium chloride electrolyte was constructed and used for carbon dioxide mineralisation. Under an atmosphere of 5 % carbon dioxide in nitrogen, the cell exhibited both capacitive and oxidative electrochemistry at the anode. The graphite acted as a supercapacitive reagent concentrator, pumping carbon dioxide into aqueous solution as hydrogen carbonate. Simultaneous oxidation of the anodic metal generated cations, which reacted with the hydrogen carbonate to give mineralised carbon dioxide. Whilst conventional electrochemical carbon dioxide reduction requires hydrogen, this cell generates hydrogen at the cathode. Carbon capture can be achieved in a highly sustainable manner using scrap metal within the anode, seawater as the electrolyte, an industrially relevant gas stream and a solar panel as an effective zero‐carbon energy source.

Kohlendioxidabtrennung mithilfe von Kondensatoren

“…berichten nun, wie der SSA‐Effekt mithilfe einer Zweikomponentenelekrode angewendet werden kann, um CO 2 nicht nur zu adsorbieren, sondern zusätzlich zu sequestrieren. Die Zweikomponentenelektrode besteht aus einem porösen Kohlenstoff, der die Funktion hat, das CO 2 kapazitiv zu adsorbieren, und einer Schrottmetall‐Opferelektrode aus Stahl oder Aluminium, die das CO 2 mineralisiert (Abbildung ) …”

“… Elektrochemischer Prozess zur CO 2 ‐Adsorption, ‐Sequestrierung und ‐Mineralisierung in der Aluminium‐Graphit‐Anodenzelle. Blaue Kanten repräsentieren die elektrische Doppelschicht …”

“…Al‐ und Fe‐Schrott fällt in großen Mengen an: 58 Millionen Tonnen Al wurden 2015 global hergestellt, und 35 % davon wurden wiederverwertet . Die globale Stahlproduktion ist noch wesentlich größer: 2012 wurden 1426 Millionen Tonnen Stahl wiedergewonnen, 195 Millionen Tonnen wurden nicht wiederverwertet .…”

“…Al‐ und Fe‐Schrott fällt in großen Mengen an: 58 Millionen Tonnen Al wurden 2015 global hergestellt, und 35 % davon wurden wiederverwertet . Die globale Stahlproduktion ist noch wesentlich größer: 2012 wurden 1426 Millionen Tonnen Stahl wiedergewonnen, 195 Millionen Tonnen wurden nicht wiederverwertet . Aguiar, North, Parkin et al sehen voraus, dass ein großer Bruchteil des CO 2 , das bei der Zementproduktion (2000 Millionen Tonnnen/Jahr), Eisen‐ und Stahlproduktion (1000 Millionen Tonnen/Jahr) und in Ölraffinerien (850 Millionen Tonnen/Jahr) anfällt, durch ihren Prozess abgetrennt werden könnte, da jede Tonne Al 1.2 t CO 2 und jede Tonne Eisen 4.2 t CO 2 abscheiden kann.…”

“…Im Falle einer technischen Realisierung und unter der Annahme, dass eine Anwendung für die produzierten Al‐ und Fe‐Carbonate gefunden werden kann, würde der Prozess eines der größten CO 2 ‐Wiederverwertungsverfahren darstellen. Die gegenwärtig umfangreichsten CO 2 ‐Wiederverwertungsprozesse sind die Harnstoffsynthese (114 Millionen Tonnen CO 2 pro Jahr) und die Produktion anorganischer Carbonate (hauptsächlich Na‐, K‐ und Ca‐Carbonate), die 50 Millionen Tonnen CO 2 pro Jahr ausmachen (Daten von 2014) . Auf der Grundlage der vorgelegten Zahlen ist der Energieverbrauch für die Umwandlung von Aluminiumschrott in Al‐Carbonate kleiner als der für Al‐Recycling (6.6 GJ t −1 Al gegenüber 10 GJ t −1 Al).…”