Why Membranes Matter: Ion Exchange Membranes in Holistic Process Optimization of Electrochemical CO2 Reduction

电解 电化学 化学 离子交换 电解水 过程(计算) 催化作用 工艺工程 化学工程 无机化学 废物管理 电极 离子 工程类 计算机科学 有机化学 生物化学 物理化学 电解质 操作系统
作者
Matthias Heßelmann,Hannah Minten,T. Geißler,Robert Keller,André Bardow,Matthias Weßling
出处
期刊:Advanced sustainable systems [Wiley]
卷期号:7 (7) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/adsu.202300077
摘要

Abstract Reducing carbon dioxide to value‐added chemicals by electrolysis is a promising strategy to substitute fossil‐based processes. Research on CO 2 electrolysis has vastly progressed, focusing on catalysis and electrode design, leaving an essential question on the central part of the electrolyzer: Which type of ion exchange membrane is best suited for CO 2 electrolysis from an economic perspective? To address this question, holistic process optimization of CO 2 reduction and product purification is applied. The findings demonstrate that CO 2 electrolysis with an anion exchange membrane shows competitive production costs for CO of 796 €/t CO , outperforming cation exchange and bipolar membranes. Unlike often described, the CO 2 pumping effect does not significantly impair the economics but offers an efficient indirect regeneration of dissociated CO 2 . Furthermore, the results emphasize selective reduction of CO 2 rather than co‐electrolysis of CO 2 and H 2 O. While pointing to a positive economic perspective, life‐cycle assessment highlights the need to minimize CO 2 emissions related to electricity consumption and incomplete CO 2 utilization.
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