Ispunite donji obrazac i poslat ćemo vam e-poštom PDF verziju “Nova poboljšanja tehnologije za pretvaranje ugljičnog dioksida u tekuće gorivo”
Ugljični dioksid (CO2) je proizvod sagorijevanja fosilnih goriva i najčešćeg stakleničkog plina, koji se može ponovo pretvoriti u korisna goriva na održiv način. Jedan obećavajući način pretvaranja emisije CO2 u sirovinu goriva je proces koji se naziva elektrohemijska redukcija. Ali da bi bio komercijalno održiv, proces treba poboljšati kako bi se odabrali ili proizveli poželjniji proizvodi bogati ugljikom. Sada, kako je objavljeno u časopisu Nature Energy, Nacionalna laboratorija Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) razvila je novu metodu za poboljšanje površine bakrenog katalizatora koji se koristi za pomoćnu reakciju, čime se povećava selektivnost procesa.
"Iako znamo da je bakar najbolji katalizator za ovu reakciju, on ne pruža visoku selektivnost za željeni proizvod", rekao je Alexis, viši naučnik na Odsjeku za hemijske nauke u laboratoriji Berkeley i profesor hemijskog inženjerstva na Univerzitetu. Kalifornije, Berkli. Spell je rekao. “Naš tim je otkrio da možete koristiti lokalno okruženje katalizatora za razne trikove kako biste pružili ovu vrstu selektivnosti.”
U prethodnim studijama, istraživači su uspostavili precizne uslove za obezbeđivanje najboljeg električnog i hemijskog okruženja za stvaranje proizvoda bogatih ugljenikom sa komercijalnom vrednošću. Ali ovi uslovi su u suprotnosti sa uslovima koji se prirodno javljaju u tipičnim gorivnim ćelijama koje koriste provodne materijale na bazi vode.
Kako bi odredili dizajn koji se može koristiti u vodenom okruženju gorivih ćelija, u sklopu projekta Energy Innovation Center Liquid Sunshine Alliance Ministarstva energetike, Bell i njegov tim okrenuli su se tankom sloju jonomera, koji omogućava određene nabijene molekule (jone) za prolaz. Isključiti druge jone. Zbog svojih visoko selektivnih hemijskih svojstava, posebno su pogodni za snažan uticaj na mikrookruženje.
Chanyeon Kim, postdoktorski istraživač u Bell grupi i prvi autor rada, predložio je oblaganje površine bakrenih katalizatora sa dva uobičajena jonomera, Nafion i Sustainion. Tim je pretpostavio da bi to trebalo promijeniti okolinu u blizini katalizatora – uključujući pH i količinu vode i ugljičnog dioksida – na neki način kako bi se reakcija usmjerila na proizvodnju proizvoda bogatih ugljikom koji se lako mogu pretvoriti u korisne kemikalije. Proizvodi i tečna goriva.
Istraživači su nanijeli tanak sloj svakog jonomera i dvostruki sloj od dva jonomera na bakrenu foliju podržanu polimernim materijalom kako bi formirali film, koji su mogli umetnuti blizu jednog kraja ručno oblikovane elektrohemijske ćelije. Prilikom ubrizgavanja ugljičnog dioksida u bateriju i primjene napona, mjerili su ukupnu struju koja teče kroz bateriju. Zatim su izmjerili plin i tečnost prikupljene u susjednom rezervoaru tokom reakcije. Za dvoslojni slučaj, otkrili su da proizvodi bogati ugljikom čine 80% energije utrošene u reakciji – više od 60% u slučaju bez premaza.
“Ovaj sendvič premaz pruža najbolje iz oba svijeta: visoku selektivnost proizvoda i visoku aktivnost,” rekao je Bell. Dvoslojna površina nije dobra samo za proizvode bogate ugljikom, već istovremeno stvara i jaku struju, što ukazuje na povećanje aktivnosti.
Istraživači su zaključili da je poboljšani odgovor rezultat visoke koncentracije CO2 akumulirane u premazu direktno na vrhu bakra. Osim toga, negativno nabijeni molekuli koji se akumuliraju u području između dva jonomera će proizvesti nižu lokalnu kiselost. Ova kombinacija nadoknađuje kompromise koncentracije koji se obično javljaju u odsustvu jonomernih filmova.
Kako bi dodatno poboljšali efikasnost reakcije, istraživači su se okrenuli prethodno dokazanoj tehnologiji koja ne zahtijeva jonomerni film kao još jednu metodu za povećanje CO2 i pH: impulsni napon. Primjenom impulsnog napona na dvoslojni jonomerni premaz, istraživači su postigli 250% povećanje u proizvodima bogatim ugljikom u poređenju sa neobloženim bakrom i statičkim naponom.
Iako neki istraživači fokusiraju svoj rad na razvoj novih katalizatora, otkriće katalizatora ne uzima u obzir radne uslove. Kontrola okoline na površini katalizatora je nova i drugačija metoda.
“Nismo smislili potpuno novi katalizator, već smo koristili naše razumijevanje kinetike reakcije i koristili smo to znanje da nas usmjere u razmišljanju o tome kako promijeniti okruženje katalizatora,” rekao je Adam Weber, viši inženjer. Naučnici u oblasti energetske tehnologije u Berkeley Laboratories i koautor radova.
Sljedeći korak je proširenje proizvodnje obloženih katalizatora. Preliminarni eksperimenti tima Berkeley Lab uključivali su male sisteme ravnih modela, koji su bili mnogo jednostavniji od poroznih struktura velike površine potrebnih za komercijalne primjene. “Nije teško nanijeti premaz na ravnu površinu. Ali komercijalne metode mogu uključivati oblaganje sitnih bakrenih kuglica”, rekao je Bell. Dodavanje drugog sloja premaza postaje izazov. Jedna od mogućnosti je da se pomešaju i nanesu dva premaza zajedno u rastvaraču, i nadamo se da će se razdvojiti kada rastvarač ispari. Šta ako ne učine? Bell je zaključio: "Samo trebamo biti pametniji." Pogledajte Kim C, Bui JC, Luo X i druge. Prilagođeno mikrookruženje katalizatora za elektro-redukciju CO2 do proizvoda s više ugljika korištenjem dvoslojnog jonomernog premaza na bakru. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Ovaj članak je reproduciran iz sljedećeg materijala. Napomena: Materijal je možda editovan zbog dužine i sadržaja. Za više informacija obratite se citiranom izvoru.
Vrijeme objave: 22.11.2021
