Production of solar fuels by photoelectrochemical conversion of carbon dioxide
- Autores: Ibrahim Erdem Irtem
- Directores de la Tesis: Joan Ramon Morante i Lleonart (dir. tes.), Teresa Andreu Arbella (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Pere Lluis Cabot Juliá (presid.), María Dolores Hernández Alonso (secret.), Lars Österlund (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
La conversión de CO2 en productos de valor añadido con energías renovables resulta interesante para mitigar las emisiones de este. La conversión foto/electroquímica es atractiva por su eficiencia energética y su enorme potencial para aplicaciones industriales. La producción de ácido fórmico (HCOOH) a partir de la reducción de CO2 aparece como una vía alternativa para su comercialización. Sin embargo, se requieren catalizadores estables y selectivos que trabajen a bajo sobre potencial. Además, el diseño de la celda es crítico para mejorar el transporte de masa de CO2 y obtener elevadas eficiencias de conversión.
En este trabajo se estudió en un primer lugar el diseño y la comprensión de los parámetros operativos de una celda de flujo electroquímica: caudales y potenciales de electrodo. Para la reducción de CO2 sobre el cátodo, se emplearon dos electrodos diferentes de difusión de gas preparados por electrodeposición: Sn-GDE y Cu-GDE. Se estableció un valor de operación óptimo para controlar la selectividad a HCOOH. Se estudió también la reacción complementaria en el ánodo (evolución de O2), empleando nanopartículas de óxido de Mn-Co para reemplazar el elevado coste del catalizador de óxido de Ir-Ta. Finalmente, se montó una celda fotoelectroquímica de flujo que permitió la inclusión de TiO2 nanorods como fotoánodo. El voltaje total de la celda se redujo alrededor 1/3 alcanzando una eficiencia energética del 70 %. El rendimiento de conversión de energía solar a combustible (STF) fue de 0,25%. Los resultados demuestran que se puede lograr una eficiencia optimizada del sistema con un fotoánodo que tiene una buena estabilidad y un cátodo que favorece la transferencia de masa de CO2.
La celda de flujo fotoelectroquímica desarrollada en este trabajo permite almacenar energía de fuentes de electricidad intermitentes (eólica y/o solar) de una manera sostenible, con el consiguiente avance en una economía circular de CO2.
