טכנולוגיה חדשה משפרת את ההמרה של פחמן דו חמצני לדלק נוזלי

מלא את הטופס למטה ואנחנו נשלח לך דוא"ל את גרסת ה- PDF של "שיפורים טכנולוגיים חדשים כדי להמיר פחמן דו חמצני לדלק נוזלי"
פחמן דו חמצני (CO2) הוא תוצר של דלקים מאובנים בוערים וגז החממה הנפוץ ביותר, שניתן להמיר בחזרה לדלקים שימושיים באופן בר -קיימא. דרך מבטיחה אחת להמיר פליטת CO2 למזון דלק היא תהליך שנקרא הפחתה אלקטרוכימית. אך כדי להיות בר-קיימא מבחינה מסחרית, יש לשפר את התהליך כדי לבחור או לייצר מוצרים עשירים בפחמן רצוי יותר. כעת, כפי שדווח בכתב העת Nature Energy, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) פיתחה שיטה חדשה לשיפור פני השטח של זרז הנחושת המשמש לתגובת העזר, ובכך להגדיל את הסלקטיביות של התהליך.
אלכסיס, מדען בכיר במחלקה למדעי הכימיקלים במעבדת ברקלי ופרופסור להנדסה כימית באוניברסיטת קליפורניה, ברקלי. אמר כישוף. "הצוות שלנו מצא שאתה יכול להשתמש בסביבה המקומית של הזרז כדי לעשות טריקים שונים כדי לספק סלקטיביות מסוג זה."
במחקרים קודמים, החוקרים קבעו תנאים מדויקים כדי לספק את הסביבה החשמלית והכימית הטובה ביותר ליצירת מוצרים עשירים בפחמן עם ערך מסחרי. אולם תנאים אלה מנוגדים לתנאים המופיעים באופן טבעי בתאי דלק טיפוסיים המשתמשים בחומרים מוליכים על בסיס מים.
על מנת לקבוע את העיצוב שניתן להשתמש בו בסביבת מי תאי הדלק, כחלק מהפרויקט של מרכז החדשנות לאנרגיה של ברית השמש השמש הנוזלית של משרד האנרגיה, בל וצוותו פנו לשכבה דקה של יונומר, המאפשרת מולקולות טעונות מסוימות (יונים) לעבור דרכה. לא לכלול יונים אחרים. בשל התכונות הכימיות הסלקטיביות ביותר שלהם, הם מתאימים במיוחד להשפעה חזקה על המיקרו -סביבה.
Chanyeon kim, חוקר פוסט -דוקטורט בקבוצת בל והמחבר הראשון של העיתון, הציע לצפות את פני זרזי הנחושת עם שני יונומרים נפוצים, נאפיון וקיימות. הצוות שיער כי פעולה זו אמורה לשנות את הסביבה בסמוך לזרז-כולל ה- pH וכמות המים והפחמן הדו-חמצני-בדרך כלשהי לכוון את התגובה לייצור מוצרים עשירים בפחמן שניתן להמיר בקלות לכימיקלים שימושיים. מוצרים ודלקים נוזליים.
החוקרים יישמו שכבה דקה של כל יונומר ושכבה כפולה של שני יונומרים לסרט נחושת הנתמך על ידי חומר פולימר ליצירת סרט, אותו יוכלו להכניס בסמוך לקצה אחד של תא אלקטרוכימי בצורת יד. בעת הזרקת פחמן דו חמצני לסוללה ומפעילים מתח, הם מדדו את הזרם הכולל הזורם דרך הסוללה. ואז מדדו את הגז והנוזל שנאסף במאגר הסמוך במהלך התגובה. במקרה הדו-שכבתי, הם מצאו כי מוצרים עשירים בפחמן היוו 80% מהאנרגיה הנצרכת על ידי התגובה-גבוהה יותר מ- 60% במקרה הלא מצופה.
"ציפוי הכריך הזה מספק את הטוב משני העולמות: סלקטיביות גבוהה של מוצרים ופעילות גבוהה", אמר בל. משטח השכבה הכפולה לא רק טוב למוצרים עשירים בפחמן, אלא גם מייצר זרם חזק בו זמנית, מה שמצביע על עלייה בפעילות.
החוקרים הגיעו למסקנה כי התגובה המשופרת הייתה תוצאה של ריכוז ה- CO2 הגבוה שנצבר בציפוי ישירות על גבי הנחושת. בנוסף, מולקולות טעונות שליליות המצטברות באזור בין שני היונומרים יפיקו חומציות מקומית נמוכה יותר. שילוב זה מקזז את חילוקי הריכוז הנוטים להתרחש בהיעדר סרטי יונומר.
על מנת לשפר עוד יותר את היעילות של התגובה, החוקרים פנו לטכנולוגיה מוכחת בעבר שאינה דורשת סרט יונומר כשיטה נוספת להגדלת CO2 ו- PH: מתח פועם. על ידי יישום מתח פועם על ציפוי היונומר בשכבה כפולה, החוקרים השיגו עלייה של 250% במוצרים עשירים בפחמן בהשוואה לנחושת לא מצופה ומתח סטטי.
אף על פי שחוקרים מסוימים ממקדים את עבודתם בפיתוח זרזים חדשים, גילוי הזרז אינו לוקח בחשבון את תנאי הפעלה. שליטה בסביבה על משטח הזרז היא שיטה חדשה ושונה.
"לא הגענו לזרז חדש לחלוטין, אלא השתמשנו בהבנתנו בקינטיקה של התגובה והשתמשנו בידע זה כדי להנחות אותנו לחשוב כיצד לשנות את הסביבה של אתר הזרז," אמר אדם וובר, מהנדס בכיר. מדענים בתחום טכנולוגיית האנרגיה במעבדות ברקלי ומחבר משותף של ניירות.
השלב הבא הוא להרחיב את ייצור הזרזים המצופים. הניסויים המקדימים של צוות ברקלי היו כרוכים במערכות מודל שטוחות קטנות, שהיו פשוטות בהרבה מהמבנים הנקבוביים באזור הגדול הנדרשים ליישומים מסחריים. "לא קשה ליישם ציפוי על משטח שטוח. אבל שיטות מסחריות עשויות להיות כרוכות בציפוי כדורי נחושת זעירים," אמר בל. הוספת שכבה שנייה של ציפוי הופכת למאתגרת. אפשרות אחת היא לערבב ולהפקד את שני הציפויים יחד בממיס, ולקוות שהם נפרדים כאשר הממס מתאדה. מה אם הם לא? בל סיכם: "אנחנו רק צריכים להיות חכמים יותר." עיין בקים C, Bui JC, Luo X ואחרים. מיקרו-סביבת זרז בהתאמה אישית להפחתת אלקטרו של CO2 למוצרי רב פחמן באמצעות ציפוי יונומר שכבה כפולה על נחושת. נט אנרגיה. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
מאמר זה משוחזר מהחומר הבא. הערה: ייתכן שהחומר נערך באורך ולתוכן. למידע נוסף אנא צרו קשר עם המקור המצוטט.