Новата технологија ја подобрува конверзијата на јаглерод диоксид во течно гориво

Пополнете го формуларот подолу и ќе ви ја испратиме е-пошта PDF верзијата на „Нови технолошки подобрувања за претворање на јаглерод диоксид во течно гориво“
Јаглерод диоксидот (CO2) е производ на согорувањето на фосилните горива и најчестиот стакленички гас, кој може да се претвори назад во корисни горива на одржлив начин. Еден ветувачки начин за претворање на емисиите на CO2 во суровина за гориво е процес наречен електрохемиско намалување. Но, за да биде комерцијално остварлив, процесот треба да се подобри за да се изберат или да се произведат попосакувани производи богати со јаглерод. Сега, како што е објавено во списанието Nature Energy, Националната лабораторија Лоренс Беркли (Berkeley Lab) развила нов метод за подобрување на површината на бакарниот катализатор што се користи за помошната реакција, а со тоа ја зголемува селективноста на процесот.
„Иако знаеме дека бакарот е најдобриот катализатор за оваа реакција, тој не обезбедува висока селективност за посакуваниот производ“, рече Алексис, постар научник во Одделот за хемиски науки во Беркли Лаб и професор по хемиски инженеринг на Универзитетот. од Калифорнија, Беркли. Спел рече. „Нашиот тим откри дека можете да ја користите локалната средина на катализаторот за да направите различни трикови за да обезбедите ваков вид на селективност.
Во претходните студии, истражувачите воспоставија прецизни услови за да обезбедат најдобра електрична и хемиска средина за создавање производи богати со јаглерод со комерцијална вредност. Но, овие услови се спротивни на условите што природно се јавуваат во типичните горивни ќелии кои користат проводни материјали на база на вода.
Со цел да се одреди дизајнот што може да се користи во водната средина со горивни ќелии, како дел од проектот Центар за енергетски иновации на Алијансата Liquid Sunshine на Министерството за енергетика, Бел и неговиот тим се свртеа кон тенок слој јономер, кој овозможува одредени наполнети молекули (јони) да минуваат низ. Исклучете ги другите јони. Поради нивните високо селективни хемиски својства, тие се особено погодни за силно влијание врз микросредината.
Chanyeon Kim, постдокторски истражувач во групата Bell и првиот автор на трудот, предложи да се обложи површината на бакарните катализатори со два заеднички јономери, Nafion и Sustainion. Тимот претпостави дека со тоа би требало да се промени околината во близина на катализаторот - вклучувајќи ја pH вредноста и количината на вода и јаглерод диоксид - на некој начин да ја насочи реакцијата кон производство на производи богати со јаглерод кои лесно може да се претворат во корисни хемикалии. Производи и течни горива.
Истражувачите нанесоа тенок слој од секој јономер и двоен слој од два јономери на бакарна фолија поддржана од полимерен материјал за да формираат филм, кој би можеле да го вметнат во близина на едниот крај на електрохемиската ќелија во форма на рака. При инјектирање на јаглерод диоксид во батеријата и примена на напон, тие ја мереле вкупната струја што тече низ батеријата. Потоа ги мереле гасот и течноста собрани во соседниот резервоар за време на реакцијата. За случајот со два слоја, тие открија дека производите богати со јаглерод сочинуваат 80% од енергијата потрошена од реакцијата - повеќе од 60% во необложената кутија.
„Овој слој од сендвич го обезбедува најдоброто од двата света: висока селективност на производот и висока активност“, рече Бел. Двослојната површина не е добра само за производи богати со јаглерод, туку истовремено генерира силна струја, што укажува на зголемување на активноста.
Истражувачите заклучија дека подобрениот одговор е резултат на високата концентрација на CO2 акумулирана во облогата директно на врвот на бакарот. Покрај тоа, негативно наелектризираните молекули кои се акумулираат во регионот помеѓу двата јономери ќе произведат помала локална киселост. Оваа комбинација ја неутрализира размената на концентрациите што имаат тенденција да се појават во отсуство на јономерни филмови.
Со цел дополнително да се подобри ефикасноста на реакцијата, истражувачите се свртеа кон претходно докажана технологија која не бара јономерна фолија како друг метод за зголемување на CO2 и pH: пулсен напон. Со примена на импулсен напон на двослојната јономерна обвивка, истражувачите постигнаа 250% зголемување на производите богати со јаглерод во споредба со необложениот бакар и статичкиот напон.
Иако некои истражувачи ја фокусираат својата работа на развој на нови катализатори, откривањето на катализаторот не ги зема предвид работните услови. Контролирањето на околината на површината на катализаторот е нов и различен метод.
„Не дојдовме до целосно нов катализатор, туку го искористивме нашето разбирање за кинетиката на реакцијата и го искористивме ова знаење за да не водиме во размислувањето како да ја промениме околината на локацијата на катализаторот“, рече Адам Вебер, постар инженер. Научници од областа на енергетската технологија во Беркли лаборатории и коавтор на трудови.
Следниот чекор е да се прошири производството на обложени катализатори. Прелиминарните експерименти на тимот од Беркли Лаб вклучуваа мали рамни модели на системи, кои беа многу поедноставни од порозните структури со голема површина потребни за комерцијални апликации. „Не е тешко да се нанесе облога на рамна површина. Но, комерцијалните методи може да вклучуваат обложување на ситни бакарни топчиња“, рече Бел. Додавањето втор слој облога станува предизвик. Една од можностите е да се измешаат и да се одложат двете облоги заедно во растворувач и да се надеваме дека тие ќе се одвојат кога растворувачот ќе испари. Што ако не го сторат тоа? Бел заклучи: „Треба само да бидеме попаметни“. Видете ги Kim C, Bui JC, Luo X и други. Приспособена микросредина за катализатор за електро-редукција на CO2 до повеќејаглеродни производи користејќи двослојна јономерна обвивка на бакар. Нат енергија. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Оваа статија е репродуцирана од следниот материјал. Забелешка: Материјалот можеби е уреден по должина и содржина. За повеќе информации, ве молиме контактирајте го наведениот извор.