Doorsnede van kopervezel.

Van koper kun je holle membraanvezels maken die met hoge efficiëntie de elektrochemische reductie van koolstofdioxide tot monoxide katalyseren. Laat het edelmetaal voortaan maar zitten, suggereert een Twents-Leidse publicatie in Nature Communications.

De vezels worden gemaakt volgens een proces dat sterk doet denken aan de productie van holle polymeervezels voor klassieke scheidingsmembranen. Je verspint een mengsel van koperdeeltjes, een polymeer en een oplosmiddel, door een concentrische spinkop die er via het middelste gat een vloeistof doorheen blaast om de vezel hol te maken.

Je vangt de vezel op in een coagulatiebad dat het oplosmiddel er uit trekt, en sintert hem vervolgens bij hoge temperatuur zodat het polymeer ontleedt en de koperdeeltjes aan elkaar klonteren. Tot slot behandel ze je met waterstof om CuO om te zetten in metallisch koper.

Het resultaat heeft een buitendiameter van 1,55 mm, een binnendiameter van 1,3 mm en een gasdoorlatende wandstructuur die er onder de microscoop sponsachtig uitiet, met een zeer groot inwendig oppervlak.

Het idee is vervolgens dat deze vezels dienen als CO2-toevoerleiding in een elektrochemische cel, en tegelijk als kathode. Je pompt het gas er dus doorheen zodat het via het koperoppervlak de cel in borrelt.

En in de praktijk blijkt dit veel beter te werken dan eerdere pogingen om koperelektrodes te maken. Daarbij werd het oppervlak vergroot door het te overdekken met nanokristalletjes. Dan kwam de CO2 van buiten en moet de CO in tegengestelde richting weg, wat de omzettingssnelheid sterk beperkte. De membraanvezel-elektrode haalt een CO-productie die minstens een ordegrootte hoger ligt, en bij een overpotentiaal van slechts 0,4 V haalt hij een Faraday-efficiëntie van 75%.

De auteurs, onder leiding van de Twentse hoogleraren Guido Mul en Nieck Benes en hun Leidse collega Marc Koper, hopen dat dit proces op termijn toepassing zal vinden in de staalindustrie. Daar worden ijzeroxides met CO gereduceerd tot Fe met als nevenproduct CO2. Recent introduceerde ECN alvast een techniek om deze stroom in redelijk zuivere vorm op te vangen, en de elektrochemische reductie maakt het mogelijk om die stroom te recyclen.

bron: Universiteit Twente