Plotësoni formularin më poshtë dhe ne do t'ju dërgojmë me email versionin PDF të "Përmirësime të reja teknologjike për të kthyer dioksidin e karbonit në lëndë djegëse të lëngshme".
Dioksidi i karbonit (CO2) është produkt i djegies së lëndëve djegëse fosile dhe gazi serrë më i zakonshëm, i cili mund të shndërrohet përsëri në lëndë djegëse të dobishme në një mënyrë të qëndrueshme. Një mënyrë premtuese për të shndërruar emetimet e CO2 në lëndë të parë të karburantit është një proces i quajtur reduktim elektrokimik. Por, që të jetë i qëndrueshëm komercialisht, procesi duhet të përmirësohet për të zgjedhur ose prodhuar produkte më të dëshiruara të pasura me karbon. Tani, siç raportohet në revistën Nature Energy, Laboratori Kombëtar Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) ka zhvilluar një metodë të re për të përmirësuar sipërfaqen e katalizatorit të bakrit të përdorur për reaksionin ndihmës, duke rritur kështu selektivitetin e procesit.
“Edhe pse e dimë që bakri është katalizatori më i mirë për këtë reagim, ai nuk ofron selektivitet të lartë për produktin e dëshiruar”, tha Alexis, një shkencëtare e lartë në Departamentin e Shkencave Kimike në Laboratorin Berkeley dhe profesoreshë e inxhinierisë kimike në Universitetin e Kalifornisë, Berkeley. “Ekipi ynë zbuloi se mund të përdorni mjedisin lokal të katalizatorit për të bërë truke të ndryshme për të siguruar këtë lloj selektiviteti.”
Në studimet e mëparshme, studiuesit kanë krijuar kushte të sakta për të siguruar mjedisin më të mirë elektrik dhe kimik për krijimin e produkteve të pasura me karbon me vlerë komerciale. Por këto kushte janë në kundërshtim me kushtet që ndodhin natyrshëm në qelizat tipike të karburantit që përdorin materiale përçuese me bazë uji.
Për të përcaktuar dizajnin që mund të përdoret në mjedisin ujor të qelizave të karburantit, si pjesë e projektit të Qendrës së Inovacionit të Energjisë të Aleancës së Diellit të Lëngshëm të Ministrisë së Energjisë, Bell dhe ekipi i tij iu drejtuan një shtrese të hollë jonomeri, e cila lejon që disa molekula të ngarkuara (jone) të kalojnë. Përjashtoni jonet e tjera. Për shkak të vetive të tyre kimike shumë selektive, ato janë veçanërisht të përshtatshme për të pasur një ndikim të fortë në mikroambient.
Chanyeon Kim, një studiues postdoktoral në grupin Bell dhe autori i parë i punimit, propozoi të veshte sipërfaqen e katalizatorëve të bakrit me dy jonomerë të zakonshëm, Nafion dhe Sustainion. Ekipi hipotezoi se duke vepruar kështu, duhet të ndryshojë mjedisin pranë katalizatorit - duke përfshirë pH-in dhe sasinë e ujit dhe dioksidit të karbonit - në një farë mënyre për të drejtuar reagimin për të prodhuar produkte të pasura me karbon që mund të shndërrohen lehtësisht në kimikate të dobishme. Produkte dhe lëndë djegëse të lëngshme.
Studiuesit aplikuan një shtresë të hollë të secilit jonomer dhe një shtresë të dyfishtë prej dy jonomerësh në një film bakri të mbështetur nga një material polimer për të formuar një film, të cilin mund ta fusnin pranë njërit skaj të një qelize elektrokimike të formësuar me dorë. Kur injektuan dioksid karboni në bateri dhe aplikuan tension, ata matën rrymën totale që rrjedh nëpër bateri. Pastaj matën gazin dhe lëngun e mbledhur në rezervuarin ngjitur gjatë reaksionit. Për rastin me dy shtresa, ata zbuluan se produktet e pasura me karbon përbënin 80% të energjisë së konsumuar nga reaksioni - më e lartë se 60% në rastin e paveshur.
“Kjo shtresë sanduiç ofron më të mirën e të dy botëve: selektivitet të lartë të produktit dhe aktivitet të lartë”, tha Bell. Sipërfaqja me dy shtresa nuk është e mirë vetëm për produktet e pasura me karbon, por gjeneron edhe një rrymë të fortë në të njëjtën kohë, duke treguar një rritje të aktivitetit.
Studiuesit arritën në përfundimin se përgjigja e përmirësuar ishte rezultat i përqendrimit të lartë të CO2 të akumuluar në shtresën direkt sipër bakrit. Përveç kësaj, molekulat e ngarkuara negativisht që grumbullohen në rajonin midis dy jonomerëve do të prodhojnë aciditet lokal më të ulët. Ky kombinim kompenson kompromiset e përqendrimit që kanë tendencë të ndodhin në mungesë të filmave jonomerë.
Për të përmirësuar më tej efikasitetin e reaksionit, studiuesit iu drejtuan një teknologjie të provuar më parë që nuk kërkon një film jonomeri si një metodë tjetër për të rritur CO2 dhe pH: tensioni i pulsuar. Duke aplikuar tension të pulsuar në veshjen e jonomerit me dy shtresa, studiuesit arritën një rritje prej 250% të produkteve të pasura me karbon krahasuar me bakrin e paveshur dhe tensionin statik.
Edhe pse disa studiues e përqendrojnë punën e tyre në zhvillimin e katalizatorëve të rinj, zbulimi i katalizatorit nuk merr parasysh kushtet e funksionimit. Kontrollimi i mjedisit në sipërfaqen e katalizatorit është një metodë e re dhe e ndryshme.
“Ne nuk shpikëm një katalizator krejtësisht të ri, por përdorëm kuptimin tonë të kinetikës së reaksionit dhe e përdorëm këtë njohuri për të na udhëhequr në të menduarit se si ta ndryshojmë mjedisin e vendit të katalizatorit”, tha Adam Weber, një inxhinier i lartë. Shkencëtar në fushën e teknologjisë së energjisë në Laboratorët Berkeley dhe bashkautor i punimeve.
Hapi tjetër është zgjerimi i prodhimit të katalizatorëve të veshur. Eksperimentet paraprake të ekipit të Laboratorit Berkeley përfshinin sisteme të vogla modelesh të sheshta, të cilat ishin shumë më të thjeshta se strukturat poroze me sipërfaqe të madhe të nevojshme për aplikimet komerciale. "Nuk është e vështirë të aplikosh një shtresë në një sipërfaqe të sheshtë. Por metodat komerciale mund të përfshijnë veshjen e topave të vegjël të bakrit", tha Bell. Shtimi i një shtrese të dytë të veshjes bëhet sfiduese. Një mundësi është përzierja dhe depozitimi i dy veshjeve së bashku në një tretës, dhe shpresa që ato të ndahen kur tretësi avullohet. Po sikur të mos avullohen? Bell përfundoi: "Thjesht duhet të jemi më të zgjuar". Referojuni Kim C, Bui JC, Luo X dhe të tjerëve. Mikroambienti i katalizatorit i personalizuar për elektro-reduktimin e CO2 në produkte shumë-karboni duke përdorur veshje jonomerike me dy shtresa në bakër. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Ky artikull është riprodhuar nga materiali i mëposhtëm. Shënim: Materiali mund të jetë redaktuar për nga gjatësia dhe përmbajtja. Për më shumë informacion, ju lutemi kontaktoni burimin e cituar.
Koha e postimit: 22 nëntor 2021
