Fylltu út formið hér að neðan og við sendum þér tölvupóst á PDF útgáfu af „Nýjar tæknibætur til að breyta koltvísýringi í fljótandi eldsneyti“
Koltvísýringur (CO2) er afurð brennslu jarðefnaeldsneytis og algengustu gróðurhúsalofttegunda, sem hægt er að breyta aftur í nytsamlegt eldsneyti á sjálfbæran hátt. Ein vænleg leið til að breyta koltvísýringslosun í hráefni eldsneytis er ferli sem kallast rafefnafræðileg minnkun. En til að vera hagkvæmt í atvinnuskyni þarf að bæta ferlið til að velja eða framleiða meira eftirsóttar 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 koparhvatans sem notaður er fyrir hjálparhvarfið og auka þar með sértækni ferlisins.
„Þrátt fyrir að við vitum að kopar er besti hvatinn fyrir þessi hvarf, þá veitir hann ekki mikla sértækni fyrir viðkomandi vöru,“ sagði Alexis, háttsettur vísindamaður í efnavísindadeild Berkeley Lab og prófessor í efnaverkfræði við háskólann. frá Kaliforníu, Berkeley. Sagði Spell. „Teymið okkar komst að því að þú getur notað staðbundið umhverfi hvatans til að gera ýmsar brellur til að veita þessa tegund af sértækni.
Í fyrri rannsóknum hafa vísindamenn komið á fót nákvæmum skilyrðum til að veita besta rafmagns- og efnaumhverfið til að búa til kolefnisríkar vörur með viðskiptalegt gildi. En þessar aðstæður eru andstæðar þeim aðstæðum sem náttúrulega eiga sér stað í dæmigerðum efnarafrumum sem nota vatnsbundin leiðandi efni.
Til að ákvarða hönnunina sem hægt er að nota í vatnsumhverfi eldsneytisfrumuvatns, sem hluti af orkunýsköpunarmiðstöð verkefnis Liquid Sunshine Alliance orkumálaráðuneytisins, sneru Bell og teymi hans sér að þunnu lagi af jónómer, sem gerir ákveðnum hleðslu. sameindir (jónir) sem fara í gegnum. Útiloka aðrar jónir. Vegna mjög sértækra efnafræðilegra eiginleika þeirra henta þeir sérstaklega vel til að hafa mikil áhrif á örumhverfið.
Chanyeon Kim, nýdoktor í Bell hópnum og fyrsti höfundur greinarinnar, lagði til að yfirborð koparhvata yrði húðuð með tveimur algengum jónómerum, Nafion og Sustainion. Teymið setti fram þá tilgátu að það ætti að breyta umhverfinu nálægt hvatanum - þar á meðal pH og magn vatns og koltvísýrings - á einhvern hátt til að beina efnahvarfinu til að framleiða kolefnisríkar vörur sem auðvelt er að breyta í gagnleg efni. Vörur og fljótandi eldsneyti.
Rannsakendur settu þunnt lag af hverri jónómer og tvöfalt lag af tveimur jónómerum á koparfilmu sem studd var af fjölliða efni til að mynda filmu, sem þeir gátu sett nálægt öðrum enda handlaga rafefnafræðilegrar frumu. Þegar koltvísýringur var dælt inn í rafhlöðuna og spenna sett á, mældu þeir heildarstrauminn sem flæðir í gegnum rafhlöðuna. Síðan mældu þeir gasið og vökvann sem safnað var í aðliggjandi lón við hvarfið. Fyrir tveggja laga tilvikið komust þeir að því að kolefnisríkar vörur voru 80% af orkunni sem neyt er við hvarfið - hærra en 60% í óhúðuðu tilfellinu.
„Þessi samlokuhúð veitir það besta af báðum heimum: mikla vöruvalhæfni og mikla virkni,“ sagði Bell. Tvölaga yfirborðið er ekki aðeins gott fyrir kolefnisríkar vörur heldur myndar einnig sterkan straum á sama tíma, sem gefur til kynna aukna virkni.
Rannsakendur komust að þeirri niðurstöðu að bætt svörun væri afleiðing af háum styrk CO2 sem safnaðist fyrir í húðinni beint ofan á koparnum. Að auki munu neikvætt hlaðnar sameindir sem safnast fyrir á svæðinu milli jónómeranna tveggja framleiða lægra staðbundið sýrustig. Þessi samsetning vegur upp á móti samþjöppunarviðskiptum sem hafa tilhneigingu til að eiga sér stað í fjarveru jónómerfilma.
Til þess að bæta enn frekar skilvirkni hvarfsins sneru vísindamennirnir sér að áður sannaðri tækni sem krefst ekki jónómerfilmu sem önnur aðferð til að auka CO2 og pH: púlsspennu. Með því að setja púlsspennu á tvílaga jónómerhúðina náðu vísindamennirnir 250% aukningu á kolefnisríkum vörum samanborið við óhúðaðan kopar og stöðuspennu.
Þrátt fyrir að sumir vísindamenn einbeiti sér að þróun nýrra hvata, tekur uppgötvun hvatans ekki tillit til rekstrarskilyrða. Að stjórna umhverfinu á yfirborði hvata er ný og öðruvísi aðferð.
„Við komum ekki með alveg nýjan hvata heldur notuðum skilning okkar á hvarfhreyfifræði og notuðum þessa þekkingu til að leiðbeina okkur í að hugsa um hvernig eigi að breyta umhverfi hvarfasvæðisins,“ sagði Adam Weber, yfirverkfræðingur. Vísindamenn á sviði orkutækni við Berkeley Laboratories og meðhöfundur greina.
Næsta skref er að auka framleiðslu á húðuðum hvata. Bráðatilraunir Berkeley Lab teymisins tóku þátt í litlum flötum líkanakerfum, sem voru miklu einfaldari en gropu mannvirkin á stóru svæði sem þarf til notkunar í atvinnuskyni. „Það er ekki erfitt að setja húðun á flatt yfirborð. En viðskiptaaðferðir geta falið í sér að húða örsmáar koparkúlur,“ sagði Bell. Það verður krefjandi að bæta við öðru lagi af húðun. Einn möguleiki er að blanda saman og setja tvær húðunarefni saman í leysi og vona að þær skilji sig þegar leysirinn gufar upp. Hvað ef þeir gera það ekki? Bell sagði að lokum: „Við þurfum bara að vera klárari. Vísa til Kim C, Bui JC, Luo X og fleiri. Sérsniðið örumhverfi hvata til rafminnkunar á CO2 í fjölkolefnisvörur með því að nota tvílaga 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: Efninu kann að hafa verið breytt að lengd og innihaldi. Fyrir frekari upplýsingar, vinsamlegast hafðu samband við heimildarmanninn sem vitnað er í.
Birtingartími: 22. nóvember 2021
