ახალი ტექნოლოგია აუმჯობესებს ნახშირორჟანგის თხევად საწვავად გადაქცევას

შეავსეთ ქვემოთ მოცემული ფორმა და ჩვენ გამოგიგზავნით ელ.ფოსტის PDF ვერსიას „ახალი ტექნოლოგიის გაუმჯობესება ნახშირორჟანგის თხევად საწვავად გადაქცევისთვის“
ნახშირორჟანგი (CO2) არის წიაღისეული საწვავის და ყველაზე გავრცელებული სათბურის გაზის წვის პროდუქტი, რომელიც შეიძლება მდგრადი გზით გადაკეთდეს სასარგებლო საწვავად. CO2-ის გამონაბოლქვის საწვავად გადაქცევის ერთ-ერთი პერსპექტიული გზა არის პროცესი, რომელსაც ეწოდება ელექტროქიმიური შემცირება. მაგრამ კომერციულად სიცოცხლისუნარიანი რომ იყოს, პროცესი უნდა გაუმჯობესდეს, რათა შეარჩიოს ან წარმოიქმნას უფრო სასურველი ნახშირბადით მდიდარი პროდუქტები. ახლა, როგორც ჟურნალ Nature Energy-შია ნათქვამი, ლოურენს ბერკლის ეროვნულმა ლაბორატორიამ (Berkeley Lab) შეიმუშავა ახალი მეთოდი სპილენძის კატალიზატორის ზედაპირის გასაუმჯობესებლად, რომელიც გამოიყენება დამხმარე რეაქციისთვის, რითაც გაზრდის პროცესის სელექციურობას.
„მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ ვიცით, რომ სპილენძი საუკეთესო კატალიზატორია ამ რეაქციისთვის, ის არ იძლევა სასურველ პროდუქტს მაღალ სელექციურობას“, თქვა ალექსისმა, ბერკლის ლაბორატორიის ქიმიური მეცნიერებების დეპარტამენტის უფროსმა მეცნიერმა და უნივერსიტეტის ქიმიური ინჟინერიის პროფესორმა. კალიფორნია, ბერკლი. თქვა შელოცვამ. ”ჩვენმა გუნდმა აღმოაჩინა, რომ თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ კატალიზატორის ადგილობრივი გარემო სხვადასხვა ხრიკების გასაკეთებლად, რათა უზრუნველყოთ ამ ტიპის სელექციურობა.”
წინა კვლევებში მკვლევარებმა დაადგინეს ზუსტი პირობები, რათა უზრუნველყონ საუკეთესო ელექტრო და ქიმიური გარემო კომერციული ღირებულების ნახშირბადით მდიდარი პროდუქტების შესაქმნელად. მაგრამ ეს პირობები ეწინააღმდეგება იმ პირობებს, რომლებიც ბუნებრივად წარმოიქმნება ტიპიურ საწვავის უჯრედებში, წყალზე დაფუძნებული გამტარ მასალების გამოყენებით.
იმისათვის, რომ დადგინდეს დიზაინი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას საწვავის უჯრედების წყლის გარემოში, ენერგეტიკის სამინისტროს Liquid Sunshine Alliance-ის ენერგეტიკული ინოვაციების ცენტრის პროექტის ფარგლებში, ბელმა და მისმა გუნდმა მიმართეს იონომერის თხელ ფენას, რომელიც საშუალებას აძლევს გარკვეულ დამუხტვას. მოლეკულები (იონები) უნდა გაიარონ. გამორიცხეთ სხვა იონები. მათი მაღალი შერჩევითი ქიმიური თვისებების გამო, ისინი განსაკუთრებით შესაფერისია მიკროგარემოზე ძლიერი ზემოქმედებისთვის.
ჩანიონ კიმმა, Bell ჯგუფის პოსტდოქტორანტმა და ნაშრომის პირველმა ავტორმა, შესთავაზა სპილენძის კატალიზატორების ზედაპირის დაფარვა ორი საერთო იონომერით, Nafion და Sustainion. ჯგუფმა წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომ ამით კატალიზატორის მახლობლად უნდა შეიცვალოს გარემო, მათ შორის pH და წყლისა და ნახშირორჟანგის რაოდენობა, რათა რეაქცია წარმართოს ნახშირბადით მდიდარი პროდუქტების წარმოებაზე, რომლებიც ადვილად გარდაიქმნება სასარგებლო ქიმიკატებად. პროდუქტები და თხევადი საწვავი.
მკვლევარებმა თითოეული იონომერის თხელი ფენა და ორი იონომერის ორმაგი ფენა წაუსვეს სპილენძის ფენას, რომელსაც მხარს უჭერს პოლიმერული მასალა, რათა ჩამოეყალიბებინათ ფილმი, რომელიც მათ შეეძლოთ ხელის ფორმის ელექტროქიმიური უჯრედის ერთ ბოლოზე ჩასვათ. ბატარეაში ნახშირორჟანგის შეყვანისას და ძაბვის გამოყენებისას, მათ გაზომეს მთლიანი დენი, რომელიც მიედინება ბატარეაში. შემდეგ მათ გაზომეს რეაქციის დროს მიმდებარე რეზერვუარში შეგროვებული აირი და სითხე. ორფენიანი შემთხვევისთვის, მათ აღმოაჩინეს, რომ ნახშირბადით მდიდარი პროდუქტები შეადგენდა რეაქციის მიერ მოხმარებული ენერგიის 80%-ს - 60%-ზე მეტი უფარავ შემთხვევაში.
”ეს სენდვიჩის საფარი უზრუნველყოფს ორივე სამყაროს საუკეთესოს: პროდუქტის მაღალი სელექციურობა და მაღალი აქტივობა,” - თქვა ბელმა. ორფენიანი ზედაპირი არა მხოლოდ კარგია ნახშირბადით მდიდარი პროდუქტებისთვის, არამედ ამავე დროს წარმოქმნის ძლიერ დენს, რაც მიუთითებს აქტივობის ზრდაზე.
მკვლევარებმა დაასკვნეს, რომ გაუმჯობესებული რეაქცია იყო CO2-ის მაღალი კონცენტრაციის შედეგი, რომელიც დაგროვდა საფარში პირდაპირ სპილენძის თავზე. გარდა ამისა, უარყოფითად დამუხტული მოლეკულები, რომლებიც გროვდება ორ იონომერს შორის არსებულ რეგიონში, წარმოქმნიან დაბალ ადგილობრივ მჟავიანობას. ეს კომბინაცია ანაზღაურებს კონცენტრაციის ცვლილებებს, რომლებიც ჩვეულებრივ წარმოიქმნება იონომერული ფილმების არარსებობის შემთხვევაში.
რეაქციის ეფექტურობის შემდგომი გაუმჯობესების მიზნით, მკვლევარებმა მიმართეს ადრე დადასტურებულ ტექნოლოგიას, რომელიც არ საჭიროებს იონომერულ ფილას, როგორც CO2-ისა და pH-ის გაზრდის კიდევ ერთ მეთოდს: პულსირებული ძაბვის. იმპულსური ძაბვის გამოყენებით ორშრიანი იონომერის საფარზე, მკვლევარებმა მიაღწიეს ნახშირბადით მდიდარ პროდუქტებში 250%-ით ზრდას დაუფარავ სპილენძთან და სტატიკური ძაბვასთან შედარებით.
მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთი მკვლევარი თავის მუშაობას ამახვილებს ახალი კატალიზატორების შემუშავებაზე, კატალიზატორის აღმოჩენა არ ითვალისწინებს სამუშაო პირობებს. კატალიზატორის ზედაპირზე გარემოს კონტროლი ახალი და განსხვავებული მეთოდია.
”ჩვენ არ გამოვიყენეთ სრულიად ახალი კატალიზატორი, მაგრამ გამოვიყენეთ ჩვენი გაგება რეაქციის კინეტიკაზე და გამოვიყენეთ ეს ცოდნა, რათა გვეფიქრა იმაზე, თუ როგორ შეგვეცვალა კატალიზატორის ადგილის გარემო,” - თქვა ადამ ვებერმა, უფროსმა ინჟინერმა. ბერკლის ლაბორატორიის ენერგეტიკული ტექნოლოგიების დარგის მეცნიერები და ნაშრომების თანაავტორი.
შემდეგი ნაბიჯი არის დაფარული კატალიზატორების წარმოების გაფართოება. ბერკლის ლაბორატორიის გუნდის წინასწარი ექსპერიმენტები მოიცავდა პატარა ბრტყელი მოდელის სისტემებს, რომლებიც ბევრად უფრო მარტივი იყო, ვიდრე კომერციული აპლიკაციებისთვის საჭირო დიდი ფართობის ფოროვანი სტრუქტურები. „ბრტყელ ზედაპირზე საფარის დადება არ არის რთული. მაგრამ კომერციული მეთოდები შეიძლება მოიცავდეს სპილენძის პაწაწინა ბურთების დაფარვას,” - თქვა ბელმა. საფარის მეორე ფენის დამატება რთული ხდება. ერთი შესაძლებლობა არის ორი საფარის შერევა და განთავსება გამხსნელში და იმედი გვაქვს, რომ ისინი გამოყოფენ გამხსნელის აორთქლებისას. რა მოხდება, თუ არა? ბელმა დაასკვნა: „ჩვენ უბრალოდ უფრო ჭკვიანები უნდა ვიყოთ“. იხილეთ Kim C, Bui JC, Luo X და სხვები. მორგებული კატალიზატორი მიკროგარემო CO2-ის ელექტრო-შემცირებისთვის მრავალნახშირბადოვან პროდუქტებამდე სპილენძზე ორფენიანი იონომერული საფარის გამოყენებით. ნატ ენერგია. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
ეს სტატია რეპროდუცირებულია შემდეგი მასალისგან. შენიშვნა: მასალა შეიძლება იყოს რედაქტირებული სიგრძისა და შინაარსის მიხედვით. დამატებითი ინფორმაციისთვის გთხოვთ, დაუკავშირდეთ ციტირებულ წყაროს.