Fylltu út formið hér að neðan og við sendum þér PDF útgáfu af „Nýjar tækniframfarir til að breyta koltvísýringi í fljótandi eldsneyti“ í tölvupósti.
Koltvísýringur (CO2) er afurð brennslu jarðefnaeldsneytis og algengasta gróðurhúsalofttegundin, sem hægt er að breyta aftur í gagnlegt eldsneyti á sjálfbæran hátt. Ein efnileg leið til að breyta CO2 losun í eldsneytishráefni er ferli sem kallast rafefnafræðileg afoxun. En til að vera viðskiptalega hagkvæmt þarf að bæta ferlið til að velja eða framleiða fleiri æskilegar kolefnisríkar vörur. Nú, eins og greint er frá í tímaritinu Nature Energy, hefur Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) þróað nýja aðferð til að bæta yfirborð koparhvata sem notaður er í hjálparviðbrögðunum og þar með auka sértækni ferlisins.
„Þó að við vitum að kopar er besti hvati fyrir þessa viðbrögð, þá veitir hann ekki mikla sértækni fyrir æskilega afurð,“ sagði Alexis, yfirvísindamaður í efnafræðideild Berkeley-rannsóknarstofunnar og prófessor í efnaverkfræði við Háskólann í Kaliforníu í Berkeley. Spell sagði: „Teymi okkar komst að því að hægt er að nota umhverfi hvata til að framkvæma ýmsar brellur til að veita þessa tegund af sértækni.“
Í fyrri rannsóknum hafa vísindamenn komið á fót nákvæmum skilyrðum til að skapa bestu rafmagns- og efnafræðilegu umhverfi til að búa til kolefnisríkar vörur með viðskiptagildi. En þessar aðstæður eru andstæðar þeim skilyrðum sem koma náttúrulega fyrir í dæmigerðum eldsneytisfrumum sem nota vatnsleysanlegt leiðandi efni.
Til að ákvarða hvaða hönnun er hægt að nota í vatnsumhverfi eldsneytisrafala, sem hluti af verkefni Orkunýsköpunarmiðstöðvar Liquid Sunshine Alliance orkumálaráðuneytisins, sneru Bell og teymi hans sér að þunnu lagi af jónómer, sem leyfir ákveðnum hlaðnum sameindum (jónum) að fara í gegn. Útilokið aðrar jónir. Vegna mjög sértækra efnafræðilegra eiginleika þeirra eru þær sérstaklega hentugar til að hafa sterk áhrif á örumhverfið.
Chanyeon Kim, nýdoktor í Bell-hópnum og fyrsti höfundur greinarinnar, lagði til að húða yfirborð koparhvata með tveimur algengum jónómerum, Nafion og Sustainion. Teymið setti fram þá tilgátu að það myndi breyta umhverfinu nálægt hvatanum — þar á meðal sýrustigi og magni vatns og koltvísýrings — á einhvern hátt til að beina viðbrögðunum að framleiðslu kolefnisríkra efna sem auðvelt er að breyta í gagnleg efni. Afurðir og fljótandi eldsneyti.
Rannsakendurnir báru þunnt lag af hvorri jónómer og tvöfalt lag af tveimur jónómerum á koparfilmu sem var studd af fjölliðuefni til að mynda filmu sem þeir gátu sett inn nálægt öðrum enda handlaga rafefnafræðilegrar frumu. Þegar koltvísýringur var sprautaður inn í rafhlöðuna og spenna sett á mældu þeir heildarstrauminn sem flæðir í gegnum rafhlöðuna. Síðan mældu þeir gasið og vökvann sem safnaðist í aðliggjandi geymi við viðbrögðin. Fyrir tveggja laga tilfellið komust þeir að því að kolefnisríkar vörur námu 80% af orkunni sem neytt var í viðbrögðunum - meira en 60% í óhúðaða tilfellinu.
„Þessi samlokuhúðun býður upp á það besta úr báðum heimum: mikla vöruúrvalstækni og mikla virkni,“ sagði Bell. Tvöfalt lag yfirborðið er ekki aðeins gott fyrir kolefnisríkar vörur, heldur myndar það einnig sterkan straum á sama tíma, sem bendir til aukinnar virkni.
Rannsakendurnir komust að þeirri niðurstöðu að bætt svörun væri afleiðing af mikilli CO2 styrk sem safnaðist fyrir í húðuninni beint ofan á koparnum. Að auki munu neikvætt hlaðnar sameindir sem safnast fyrir á svæðinu milli jónómera tveggja framleiða lægri staðbundið sýrustig. Þessi samsetning vegur upp á móti styrkmismun sem hefur tilhneigingu til að eiga sér stað án jónómerafilma.
Til að bæta enn frekar skilvirkni viðbragðanna sneru vísindamennirnir sér að áður prófaðri tækni sem krefst ekki jónómerfilmu sem aðra aðferð til að auka CO2 og pH: púlsspennu. Með því að beita púlsspennu á tvöfalda jónómerhúðunina náðu vísindamennirnir 250% aukningu á kolefnisríkum afurðum samanborið við óhúðaðan kopar og stöðuspennu.
Þó að sumir vísindamenn einbeiti sér að þróun nýrra hvata, tekur uppgötvun hvata ekki tillit til rekstrarskilyrða. Að stjórna umhverfinu á yfirborði hvata er ný og ólík aðferð.
„Við fundum ekki upp alveg nýjan hvata, heldur notuðum við skilning okkar á hvarfhraða og þessa þekkingu til að leiðbeina okkur í að hugsa um hvernig hægt væri að breyta umhverfi hvatastöðvarinnar,“ sagði Adam Weber, yfirverkfræðingur. Vísindamenn á sviði orkutækni hjá Berkeley Laboratories og meðhöfundur greina.
Næsta skref er að auka framleiðslu á húðuðum hvötum. Fortilraunir Berkeley-rannsóknarstofunnar fólust í litlum, flötum líkönarkerfum, sem voru mun einfaldari en stórar, porous byggingar sem krafist er í viðskiptalegum tilgangi. „Það er ekki erfitt að bera húðun á slétt yfirborð. En viðskiptalegar aðferðir geta falið í sér að húða litlar koparkúlur,“ sagði Bell. Að bæta við öðru lagi af húðun verður krefjandi. Einn möguleiki er að blanda saman og setja húðirnar tvær saman í leysi og vona að þær aðskiljist þegar leysirinn gufar upp. Hvað ef þær gera það ekki? Bell sagði að lokum: „Við þurfum bara að vera klárari.“ Vísað er til Kim C, Bui JC, Luo X og fleiri. Sérsniðið örumhverfi hvata fyrir raf-afoxun CO2 í fjölkolefnisafurðir með tvöfaldri jónómerhúðun á kopar. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Þessi grein er endurgerð úr eftirfarandi efni. Athugið: Efnið kann að hafa verið breytt hvað varðar lengd og efni. Fyrir frekari upplýsingar, vinsamlegast hafið samband við heimildina sem vitnað er í.
Birtingartími: 22. nóvember 2021
