ახალი ტექნოლოგია აუმჯობესებს ნახშირორჟანგის გადაქცევას თხევად საწვავად

შეავსეთ ქვემოთ მოცემული ფორმა და ჩვენ გამოგიგზავნით ელექტრონულ ფოსტაზე "ახალი ტექნოლოგიის გაუმჯობესების PDF ვერსიას ნახშირორჟანგის თხევად საწვავად გადაქცევისთვის"
ნახშირორჟანგი (CO2) არის წიაღისეულის საწვავის და ყველაზე გავრცელებული სათბურის გაზების პროდუქტი, რომელიც შეიძლება გადაიქცეს სასარგებლო საწვავში მდგრადი გზით. CO2- ის ემისიების საწვავის საკვებად გადაქცევის ერთი პერსპექტიული გზა არის პროცესი, რომელსაც ეწოდება ელექტროქიმიური შემცირება. კომერციულად სიცოცხლისუნარიანი რომ იყოს, პროცესის გაუმჯობესებაა საჭირო ნახშირბადით მდიდარი პროდუქტების უფრო სასურველი არჩევანის ან წარმოებისთვის. ახლა, როგორც ჟურნალში Nature Energy, ლოურენს ბერკლის ეროვნულმა ლაბორატორიამ (Berkeley Lab) შეიმუშავა ახალი მეთოდი, რათა გააუმჯობესოს სპილენძის კატალიზატორი, რომელიც გამოიყენება დამხმარე რეაქციისთვის, რითაც იზრდება პროცესის სელექციურობა.
”მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ ვიცით, რომ სპილენძი ამ რეაქციის საუკეთესო კატალიზატორია, იგი არ უზრუნველყოფს მაღალ სელექციურობას სასურველი პროდუქტისთვის”, - თქვა ალექსისმა, ბერკლის ლაბორატორიის ქიმიური მეცნიერებების დეპარტამენტმა და ქიმიური ინჟინერიის პროფესორმა კალიფორნიის უნივერსიტეტში, ბერკლი. თქვა მართლწერამ. ”ჩვენმა გუნდმა აღმოაჩინა, რომ თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ კატალიზატორი ადგილობრივი გარემო, რომ გააკეთოთ სხვადასხვა ხრიკები, რომ უზრუნველყოს ამ სახის სელექციურობა.”
წინა კვლევებში, მკვლევარებმა დაადგინეს ზუსტი პირობები, რათა უზრუნველყონ საუკეთესო ელექტრო და ქიმიური გარემო, ნახშირბადით მდიდარი პროდუქტების კომერციული ღირებულების შესაქმნელად. მაგრამ ეს პირობები ეწინააღმდეგება იმ პირობებს, რომლებიც ბუნებრივად გვხვდება საწვავის ტიპურ უჯრედებში, წყლის დაფუძნებული გამტარ მასალების გამოყენებით.
იმისათვის, რომ დადგინდეს დიზაინი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას საწვავის უჯრედის წყლის გარემოში, როგორც ენერგეტიკული ინოვაციების ცენტრის პროექტის ნაწილი ენერგეტიკის თხევადი მზის ალიანსის, ბელი და მისი გუნდი იონომერის თხელი ფენით გადაიქცნენ, რაც საშუალებას აძლევს გარკვეულ დატვირთულ მოლეკულებს (იონებს) გაიარონ. გამორიცხეთ სხვა იონები. მათი უაღრესად შერჩევითი ქიმიური თვისებების გამო, ისინი განსაკუთრებით შესაფერისია მიკრო გარემოზე ძლიერი გავლენის მისაღწევად.
Chanyeon Kim, პოსტდოკტორული მკვლევარი Bell Group- ში და გაზეთის პირველი ავტორი, შემოთავაზებულია სპილენძის კატალიზატორების ზედაპირის დაფარვა ორი ჩვეულებრივი იონომებით, ნაფონიონი და მდგრადი. გუნდმა ჰიპოთეზა თქვა, რომ ამით უნდა შეცვალოს გარემო კატალიზატორის მახლობლად-მათ შორის pH და წყლისა და ნახშირორჟანგის რაოდენობა-გარკვეულწილად, რეაქციის წარმართვის მიზნით, ნახშირბადით მდიდარი პროდუქტების წარმოქმნის მიზნით, რომლებიც მარტივად შეიძლება გადაიქცეს სასარგებლო ქიმიკატებად. პროდუქტები და თხევადი საწვავი.
მკვლევარებმა გამოიყენეს თითოეული იონომერის თხელი ფენა და ორი იონომერის ორმაგი ფენა სპილენძის ფილმზე, რომელსაც პოლიმერული მასალა უჭერდა ფილმის შესაქმნელად, რომელსაც მათ შეეძლოთ ჩასმა ხელით ფორმის ელექტროქიმიური უჯრედის ერთ ბოლოში. ნახშირორჟანგის ბატარეაში შეყვანისას და ძაბვის გამოყენებისას, მათ გაზომეს ბატარეის მეშვეობით მიედინება მთლიანი დენი. შემდეგ მათ გაზომეს გაზის და თხევადი, რომელიც შეგროვდა მიმდებარე რეზერვუარში რეაქციის დროს. ორი ფენის შემთხვევისთვის, მათ დაადგინეს, რომ ნახშირბადით მდიდარი პროდუქტები რეაგირებით მოხმარებული ენერგიის 80% -ს შეადგენს-უფრო მაღალია ვიდრე 60% –ზე დაუსრულებელ შემთხვევაში.
”ეს სენდვიჩის საფარი ორივე სამყაროს საუკეთესოს უზრუნველყოფს: მაღალი პროდუქტის სელექციურობა და მაღალი აქტივობა”, - თქვა ბელმა. ორმაგი ფენის ზედაპირი არა მხოლოდ კარგია ნახშირბადით მდიდარი პროდუქტებისთვის, არამედ ერთდროულად წარმოქმნის ძლიერ დინებას, რაც მიუთითებს საქმიანობის ზრდაზე.
მკვლევარებმა დაასკვნეს, რომ გაუმჯობესებული პასუხი იყო მაღალი CO2 კონცენტრაციის შედეგი, რომელიც დაგროვდა საფარში პირდაპირ სპილენძის თავზე. გარდა ამისა, უარყოფითად დატვირთული მოლეკულები, რომლებიც დაგროვდება რეგიონში ორ იონომერს შორის, წარმოქმნის ადგილობრივ მჟავიანობას. ეს კომბინაცია ახდენს კონცენტრაციის ვაჭრობას, რომელიც იონომერული ფილმების არარსებობის პირობებში ხდება.
რეაქციის ეფექტურობის კიდევ უფრო გაუმჯობესების მიზნით, მკვლევარებმა მიმართეს ადრე დადასტურებულ ტექნოლოგიას, რომელიც არ საჭიროებს იონომერულ ფილმს, როგორც სხვა მეთოდი CO2 და pH: პულსირებული ძაბვის გასაზრდელად. პულსირებული ძაბვის ორმაგი ფენის იონომერული საფარის გამოყენებით, მკვლევარებმა მიაღწიეს ნახშირბადით მდიდარი პროდუქტების 250% -იან ზრდას, ვიდრე არაგულწრფელ სპილენძთან და სტატიკურ ძაბვასთან შედარებით.
მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთი მკვლევარი ყურადღებას ამახვილებს ახალი კატალიზატორების განვითარებაზე, კატალიზატორის აღმოჩენა არ ითვალისწინებს ოპერაციულ პირობებს. გარემოს კონტროლი კატალიზატორის ზედაპირზე ახალი და განსხვავებული მეთოდია.
”ჩვენ არ გამოვიყენეთ სრულიად ახალი კატალიზატორი, მაგრამ გამოვიყენეთ რეაქციის კინეტიკის გაგება და ეს ცოდნა გამოვიყენეთ, რომ გვეხმარონ იმაზე, თუ როგორ უნდა შეცვალოთ კატალიზატორი ადგილის გარემო,” - თქვა ადამ ვებერმა, უფროსი ინჟინერმა. ბერკლის ლაბორატორიებში ენერგეტიკული ტექნოლოგიის სფეროში მეცნიერები და ნაშრომების თანაავტორი.
შემდეგი ნაბიჯი არის დაფარული კატალიზატორების წარმოების გაფართოება. ბერკლის ლაბორატორიის გუნდის წინასწარი ექსპერიმენტები მოიცავს მცირე ბრტყელი მოდელის სისტემებს, რომლებიც ბევრად უფრო მარტივი იყო, ვიდრე კომერციული პროგრამებისთვის საჭირო დიდი ფართობის ფოროვანი სტრუქტურები. ”ძნელი არ არის საფარის გამოყენება ბრტყელ ზედაპირზე. მაგრამ კომერციული მეთოდები შეიძლება მოიცავდეს სპილენძის ბურთების საფარს,” - თქვა ბელმა. საფარის მეორე ფენის დამატება რთული ხდება. ერთი შესაძლებლობა არის ორი საიზოლაციო მასალების შერევა და შეყვანა გამხსნელში და იმედი მაქვს, რომ ისინი გამოყოფენ, როდესაც გამხსნელი აორთქლდება. რა მოხდება, თუ ისინი არა? ბელმა დაასკვნა: ”ჩვენ უბრალოდ უნდა ვიყოთ უფრო ჭკვიანები”. იხილეთ კიმ C, Bui JC, Luo X და სხვები. CO2- ის ელექტროენერგიის შემცირებისთვის CO2- ის მრავალ ნახშირბადის პროდუქტების ელექტროენერგიის შემცირების მიზნით, სპილენძზე ორმაგი ფენის იონომერის საფარის გამოყენებით. NAT ენერგია. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
ეს სტატია რეპროდუცირდება შემდეგი მასალიდან. შენიშვნა: მასალა შეიძლება რედაქტირებული ყოფილიყო სიგრძისა და შინაარსისთვის. დამატებითი ინფორმაციისთვის, გთხოვთ, დაუკავშირდეთ ციტირებულ წყაროს.