فناوری جدید تبدیل دی اکسید کربن به سوخت مایع را بهبود می بخشد

فرم زیر را پر کنید تا نسخه PDF «بهبود فناوری جدید برای تبدیل دی اکسید کربن به سوخت مایع» را برای شما ایمیل کنیم.
دی اکسید کربن (CO2) محصول سوزاندن سوخت‌های فسیلی و رایج‌ترین گاز گلخانه‌ای است که می‌تواند به روشی پایدار به سوخت‌های مفید تبدیل شود. یکی از راه‌های امیدوارکننده برای تبدیل انتشار CO2 به مواد اولیه سوخت، فرآیندی به نام کاهش الکتروشیمیایی است. اما برای اینکه از نظر تجاری قابل دوام باشد، این فرآیند باید برای انتخاب یا تولید محصولات غنی از کربن مورد نظر بهبود یابد. در حال حاضر، همانطور که در مجله Nature Energy گزارش شده است، آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (آزمایشگاه برکلی) روش جدیدی را برای بهبود سطح کاتالیزور مسی مورد استفاده برای واکنش کمکی ایجاد کرده است و در نتیجه گزینش پذیری فرآیند را افزایش می دهد.
الکسیس، دانشمند ارشد دپارتمان علوم شیمی در آزمایشگاه برکلی و استاد مهندسی شیمی در دانشگاه، می گوید: «اگرچه می دانیم که مس بهترین کاتالیزور برای این واکنش است، اما گزینش پذیری بالایی برای محصول مورد نظر ایجاد نمی کند. کالیفرنیا، برکلی اسپل گفت. تیم ما دریافت که شما می توانید از محیط محلی کاتالیزور برای انجام ترفندهای مختلف برای ارائه این نوع انتخاب استفاده کنید.
در مطالعات قبلی، محققان شرایط دقیقی را برای ارائه بهترین محیط الکتریکی و شیمیایی برای ایجاد محصولات غنی از کربن با ارزش تجاری ایجاد کرده اند. اما این شرایط برخلاف شرایطی است که به طور طبیعی در پیل های سوختی معمولی با استفاده از مواد رسانای مبتنی بر آب رخ می دهد.
به منظور تعیین طرحی که می تواند در محیط آب پیل سوختی استفاده شود، به عنوان بخشی از پروژه مرکز نوآوری انرژی در اتحاد آفتاب مایع وزارت نیرو، بل و تیمش به لایه نازکی از آینومر روی آوردند که به شارژهای خاصی اجازه می دهد. مولکول ها (یون ها) برای عبور. یون های دیگر را حذف کنید. به دلیل خواص شیمیایی بسیار انتخابی آنها، آنها به ویژه برای تأثیرگذاری قوی بر ریزمحیط مناسب هستند.
Chanyeon Kim، محقق فوق دکترا در گروه Bell و اولین نویسنده مقاله، پیشنهاد کرد که سطح کاتالیزورهای مس را با دو آینومر رایج Nafion و Sustainion پوشش دهند. تیم فرضیه‌ای را مطرح کرد که انجام این کار باید محیط نزدیک کاتالیزور - از جمله PH و مقدار آب و دی‌اکسید کربن - را به نوعی تغییر دهد تا واکنش را به سمت تولید محصولات غنی از کربن هدایت کند که به راحتی می‌توانند به مواد شیمیایی مفید تبدیل شوند. محصولات و سوخت مایع.
محققان یک لایه نازک از هر آینومر و یک لایه دوگانه از دو آینومر را روی یک فیلم مسی که توسط یک ماده پلیمری پشتیبانی می‌شود، اعمال کردند تا فیلمی تشکیل شود که می‌توانستند آن را در نزدیکی یک انتهای یک سلول الکتروشیمیایی دستی قرار دهند. هنگام تزریق دی اکسید کربن به باتری و اعمال ولتاژ، کل جریان عبوری از باتری را اندازه گیری کردند. سپس گاز و مایع جمع آوری شده در مخزن مجاور در طول واکنش را اندازه گیری کردند. برای مورد دو لایه، آنها دریافتند که محصولات غنی از کربن 80٪ انرژی مصرف شده توسط واکنش را تشکیل می دهند - بیش از 60٪ در مورد بدون پوشش.
بل گفت: «این پوشش ساندویچی بهترین های هر دو جهان را ارائه می دهد: انتخاب محصول بالا و فعالیت بالا. سطح دو لایه نه تنها برای محصولات غنی از کربن خوب است، بلکه همزمان جریان قوی ایجاد می کند که نشان دهنده افزایش فعالیت است.
محققان به این نتیجه رسیدند که پاسخ بهبود یافته نتیجه غلظت بالای CO2 انباشته شده در پوشش مستقیماً روی مس است. علاوه بر این، مولکول های دارای بار منفی که در ناحیه بین دو آینومر تجمع می کنند، اسیدیته موضعی کمتری تولید می کنند. این ترکیب، تعادل غلظتی را که در غیاب فیلم های آینومر رخ می دهد، جبران می کند.
به منظور بهبود بیشتر کارایی واکنش، محققان به فناوری قبلاً اثبات شده ای روی آوردند که به فیلم آینومر به عنوان روش دیگری برای افزایش CO2 و pH نیاز ندارد: ولتاژ پالسی. با اعمال ولتاژ پالسی روی پوشش یونومر دولایه، محققان به افزایش 250 درصدی محصولات غنی از کربن در مقایسه با مس بدون پوشش و ولتاژ ساکن دست یافتند.
اگرچه برخی از محققان کار خود را بر روی توسعه کاتالیزورهای جدید متمرکز می کنند، اما کشف کاتالیزور شرایط عملیاتی را در نظر نمی گیرد. کنترل محیط روی سطح کاتالیزور روشی جدید و متفاوت است.
آدام وبر، مهندس ارشد، گفت: «ما یک کاتالیزور کاملاً جدید ابداع نکردیم، اما از درک خود از سینتیک واکنش استفاده کردیم و از این دانش برای راهنمایی ما در تفکر در مورد چگونگی تغییر محیط سایت کاتالیزور استفاده کردیم. دانشمندان در زمینه فناوری انرژی در آزمایشگاه برکلی و نویسنده مشترک مقالات.
گام بعدی توسعه تولید کاتالیزورهای پوشش داده شده است. آزمایش‌های اولیه تیم آزمایشگاه برکلی شامل سیستم‌های مدل مسطح کوچکی بود که بسیار ساده‌تر از ساختارهای متخلخل بزرگ‌تر مورد نیاز برای کاربردهای تجاری بودند. «استفاده از پوشش روی سطح صاف کار دشواری نیست. اما روش‌های تجاری ممکن است شامل پوشش دادن توپ‌های مسی کوچک باشد. افزودن لایه دوم پوشش چالش برانگیز می شود. یک امکان این است که دو پوشش را با هم مخلوط کرده و در یک حلال قرار دهید و امیدوار باشید که وقتی حلال تبخیر شود از هم جدا شوند. اگر این کار را نکنند چه؟ بل نتیجه گرفت: "ما فقط باید باهوش تر باشیم." رجوع به کیم سی، بی جی سی، لو ایکس و دیگران شود. ریزمحیط کاتالیست سفارشی برای کاهش الکتریکی CO2 به محصولات چند کربنه با استفاده از پوشش یونومر دولایه روی مس. انرژی نات. 2021؛ 6 (11): 1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
این مقاله از مطالب زیر بازتولید شده است. توجه: ممکن است مطالب از نظر طول و محتوا ویرایش شده باشد. برای اطلاعات بیشتر با منبع ذکر شده تماس حاصل فرمایید.