Innovativa elektrokatalysatorer för koldioxidelektroreduktion i elektrolysatorer

Forskningsprojekt, 2025 – 2027

För att mildra klimatförändringarna, måste produktionen av värdefulla kolbaserade bränslen och kemikalier övergå från att använda kol i fossila råvaror till hållbara kolkällor. Eten är en av de viktigaste kolbaseradekemikalierna och har ökande efterfrågan. Idag produceras eten främst genom termisk krackning av fossilbaserade kolväten. Processen beräknas generera cirka 300 miljoner ton CO2-ekvivalenter per år, vilket är cirka sex gånger större än Sveriges årliga utsläpp. För att minska utsläppen av växthusgaser och mildra klimatförändringarna måste koldioxidavtryck från produktionen av eten minimeras.Ett sätt att uppnå detta är att producera eten från CO2 i en elektrolysator vid rumstemperatur. I denna process, vanligen kallad CO2-elektroreduktion, drivs reaktionen med hjälp av förnybar el. Den underliggande principen är att CO2 fångas upp som en biprodukt från en kemisk process och sedan används som en reaktant vid framställning av eten. Detta skulle leda till nettonollutsläpp eller till och med negativa CO2-utsläpp om den använda koldioxiden kommer från kemiska processer baserade på biobaserade råvaror.Elektroreduktion av CO2 kräver elektrokatalytiska material. Reaktionen kan leda till ett brett utbud av produkter. Trots stora framsteg inom området är en av de stora utmaningarna att få hög selektivitet till önskad produkt för att undvika kostsam separation av biprodukterna. Dessutom är tekniken fortfarande i sin linda och de flesta katalysatorutvecklingsstudier utförs i liten labbskala. CO2-elekroreduktionstekniken står alltså inför två huvudsakliga vetenskapliga utmaningar relaterade till (a) bristen på selektivitet hos elektrokatalysatorer och (b) bristen på djupgående studier av elektrolysatorer vid hög strömtäthet (dvs storskaliga och vid höga reaktionshastigheter).Det föreslagna forskningsprojektet tar sig an dessa två utmaningar. I projektet kommer en ny klass av elektrokatalysatorer, kallade utspädda legeringar, att designas, framställas och utvecklas för att nå hög selektivitet i elektroreduktionen av CO2 i elektrolysatorer. Utvecklingen av ny ren teknik, inklusive elektroreduktion av CO2, kräver effektivare utnyttjande av knappa material som t.ex. ädelmetaller. I detta projekt, kommer utspädda legeringar att tillverkas utan eller medmycket begränsade mängder av knappa metaller. De kommer dessutom att designas för att ge hög selektivitet och hög aktivitet i elektrolysatorer.Jag har djup expertis inom elektrokatalys och materialsyntes och detta projekt kommer att göra det möjligt för mig att etablera en ny forskningsriktning. Jag håller för närvarande på att utveckla en ny forskningslinje på Chalmers om utspädda legeringar för hållbara teknologier som vätgasbränsleceller. För att nå nästa steg i min karriär och etablera mig som en ledare inom området behöver jag bredda min expertis till elektroreduktion av CO2 som är en ny lovande teknologi. Med detta projekt kommer jag att använda min expertis för att designa nya atomeffektiva utspädda legeringar och genom samarbete med Brian Segers forskargrupp vid Danmarks Tekniske Universitet (DTU) visa deras potential för elektroreduktion av CO2.Jag kommer att leda detta tvärvetenskapliga projekt som kommer att ge vetenskap med högt genomslag. Samarbetet med Segers forskargrupp kommer att resultera i ett unikt helhetsgrepp där expertis inom kemi och fysik, materialvetenskap och reaktorteknik kombineras. Projektet kommer att flytta fram forskningsfronten inom området och bidra till att lösa klimatutmaningar relaterade till utsläpp av CO2.Projektet gör att jag kan nå nästa steg i min vetenskapliga karriär för att bli docent på Chalmers. Jag har ett starkt nätverk i Västeuropa och USA tack vare samarbetsmiljöerna i vilka jag utförde mitt doktors- och mina postdoktorsprojekt. Som ny forskarassitent i Sverige är det avgörande att utöka mitt skandinaviska nätverk genom att arbeta nära universitet som DTU. Som huvudprojektledare kommer jag att förbättra min ledarskapsförmåga och pedagogi