[發明專利]CO2

在審

• 申請號: 201880082137.2
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN111556908A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: B·施米德;G·施米德;C·瑞勒;D·塔羅亞塔
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: C25B9/08
• 分類號: C25B9/08;C25B1/00;C25B3/04
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 黃倩

本發明涉及具有多室結構的電解池，其中包含陰離子交換劑的第一離子交換膜連接到陰極室，其中包含固體陰離子交換劑的鹽橋室連接到該第一離子交換膜；具有這種電解池的電解設備；以及使用這種電解池或電解設備電解CO₂的方法。

技術領域

本發明涉及具有多室結構的電解池，其中包含陰離子交換劑的第一離子交換膜連接到陰極室，其中包含固體陰離子交換劑的鹽橋室連接到該第一離子交換膜；具有這種電解池的電解設備；以及使用這種電解池或電解設備電解CO₂的方法。

背景技術

目前，通過燃燒化石燃料覆蓋了全球約80％的能量需求。通過這些燃燒過程，2011年全球向大氣中排放了約340.327億噸二氧化碳(CO₂)。這種排放是清除大量二氧化碳(褐煤發電廠每天超過5萬噸)的最簡單的方式。

關于溫室氣體CO₂對氣候的負面影響的討論導致了對CO₂的再利用的考慮。由于CO₂在熱力學上能量很低，因此難以將CO₂再次還原為可利用的產物。

在自然界中，通過光合作用將CO₂轉化為碳水化合物。就時間而言和在分子水平上就空間而言，該過程被分為許多子步驟，并且難以在工業規模上再現。目前，與純光催化相比較高效的方式是電化學還原CO₂。一種混合形式是光輔助電解和電輔助光催化。根據觀察者的觀點，這兩個概念作為同義詞使用。

與在光合作用中一樣，在該過程中通過供給電能(必要時以光輔助的方式)將CO₂轉化成能量價值較高的產物(諸如CO、CH₄、C₂H₄等)，電能可以從諸如風或太陽的可再生能源中獲得。在該還原中所需的能量在理想狀況下對應于燃料的燃燒能，并且應當僅來自于可再生能源。然而，可再生能源的生產過剩不是持續可用的，而是目前僅在具有強烈的太陽輻射和強風時可用。然而，隨著可再生能源的進一步發展，這將在不久的將來進一步增加。

CO₂在固體電極處的電化學還原在水性電解質溶液中提供了許多可能的產物，對于這些可能的產物在不同金屬陰極處的示例性法拉第效率在表1中示出，表1引用自Y.Hori發表在C.Vayenas,等人(編輯),Modern Aspects of Electrochemistry,Springer,NewYork,2008,第89至189頁的出版物“Electrochemical CO₂ reduction on metalelectrodes”。

表1：在不同電極材料上電解CO₂的法拉第效率

目前存在關于化學工業的電氣化的討論。這意味著，優選地，應當通過供給優選地來自可再生來源的多余電能，來從CO₂(CO)、H₂O中制備化學原料或燃料。在這種技術的引入階段中，目標是使一種物質的經濟價值顯著高于該物質的熱值(燃燒值)。

在過去的幾十年中，電解方法得到了顯著發展。例如，可以向高電流密度優化PEM水電解。具有兆瓦級功率的大型電解槽被引入到市場上。

已經發現，在CO₂電解中將陰極耦合到陰離子交換膜(anion exchange membrane；AEM)在選擇性、穩定性和技術可行性方面具有顯著優勢。