التكنولوجيا الجديدة تحسن تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود سائل

املأ النموذج أدناه وسنقوم بالبريد الإلكتروني إلى إصدار PDF من "تحسينات التكنولوجيا الجديدة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود سائل"
ثاني أكسيد الكربون (CO2) هو نتاج الوقود الأحفوري المحترق وغازات الدفيئة الأكثر شيوعًا ، والتي يمكن تحويلها إلى الوقود المفيد بطريقة مستدامة. إحدى الطرق الواعدة لتحويل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إلى المواد الأولية للوقود هي عملية تسمى التخفيض الكهروكيميائي. ولكن لكي تكون قابلاً للتطبيق تجاريًا ، يجب تحسين العملية لتحديد أو إنتاج المزيد من المنتجات الغنية بالكربون. الآن ، كما ورد في مجلة Nature Energy ، طور Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) طريقة جديدة لتحسين سطح المحفز النحاسي المستخدم في التفاعل المساعدة ، وبالتالي زيادة انتقائية العملية.
وقال ألكسيس ، وهو عالم كبير في قسم العلوم الكيميائية في مختبر بيركلي وأستاذ الهندسة الكيميائية بجامعة كاليفورنيا ، بيركلي: "على الرغم من أننا نعلم أن النحاس هو أفضل محفز لهذا التفاعل ، إلا أنه لا يوفر انتقائية عالية للمنتج المطلوب". قال تعويذة. "وجد فريقنا أنه يمكنك استخدام البيئة المحلية للمحفز للقيام بالحيل المختلفة لتوفير هذا النوع من الانتقائية."
في الدراسات السابقة ، أنشأ الباحثون ظروفًا دقيقة لتوفير أفضل بيئة كهربائية وكيميائية لإنشاء منتجات غنية بالكربون ذات قيمة تجارية. لكن هذه الظروف تتعارض مع الظروف التي تحدث بشكل طبيعي في خلايا الوقود النموذجية باستخدام مواد موصلة قائمة على الماء.
من أجل تحديد التصميم الذي يمكن استخدامه في بيئة مياه خلايا الوقود ، كجزء من مشروع مركز ابتكار الطاقة التابع لتحالف أشعة الشمس السائل التابع لوزارة الطاقة ، تحولت بيل وفريقه إلى طبقة رقيقة من الأيونومر ، والتي تسمح لبعض الجزيئات المشحونة (الأيونات) بالمرور. استبعاد الأيونات الأخرى. نظرًا لخصائصها الكيميائية الانتقائية للغاية ، فهي مناسبة بشكل خاص للحصول على تأثير قوي على البيئة المكروية.
اقترح تشانيون كيم ، باحث ما بعد الدكتوراه في مجموعة الجرس والمؤلف الأول للورقة ، أن يلفت سطح المحفزات النحاسية مع اثنين من الأيونات المشتركة ، نافيون والاستدامة. افترض الفريق أن القيام بذلك يجب أن يغير البيئة بالقرب من المحفز-بما في ذلك الرقم الهيدروجيني وكمية الماء وثاني أكسيد الكربون-بطريقة ما لتوجيه التفاعل لإنتاج منتجات غنية بالكربون يمكن تحويلها بسهولة إلى مواد كيميائية مفيدة. المنتجات والوقود السائل.
طبق الباحثون طبقة رقيقة من كل أيونومر وطبقة مزدوجة من اثنين من الأيونات على فيلم نحاسي مدعوم من مادة البوليمر لتشكيل فيلم ، يمكنهم إدراجه بالقرب من طرف خلية كهروكيميائية على شكل يدوية. عند حقن ثاني أكسيد الكربون في البطارية وتطبيق الجهد ، قاموا بقياس إجمالي التيار يتدفق عبر البطارية. ثم قاموا بقياس الغاز والسائل الذي تم جمعه في الخزان المجاور أثناء التفاعل. بالنسبة للحالة المكونة من طبقتين ، وجدوا أن المنتجات الغنية بالكربون تمثل 80 ٪ من الطاقة التي يستهلكها التفاعل-وهو أعلى من 60 ٪ في الحالة غير المصنفة.
وقال بيل: "يوفر طلاء السندويش هذا أفضل ما في العالمين: انتقائية عالية للمنتج ونشاط عالي". لا يعد سطح الطبقة المزدوجة مفيدًا للمنتجات الغنية بالكربون فحسب ، بل يولد أيضًا تيارًا قويًا في نفس الوقت ، مما يشير إلى زيادة النشاط.
وخلص الباحثون إلى أن الاستجابة المحسنة كانت نتيجة لتركيز ثاني أكسيد الكربون العالي المتراكمة في الطلاء مباشرة أعلى النحاس. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الجزيئات المشحونة سلبًا التي تتراكم في المنطقة بين الأيونيين ستنتج حموضة محلية أقل. يعوض هذا المزيج مقايضات التركيز التي تميل إلى الحدوث في غياب أفلام أيونومر.
من أجل زيادة تحسين كفاءة التفاعل ، تحول الباحثون إلى تقنية مثبتة سابقًا لا تتطلب فيلم أيونومر كطريقة أخرى لزيادة ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحموضة: الجهد النبضي. من خلال تطبيق الجهد النبضي على طلاء الأيونومر مزدوج الطبقة ، حقق الباحثون زيادة بنسبة 250 ٪ في المنتجات الغنية بالكربون مقارنة مع الجهد النحاسي غير المتواصل.
على الرغم من أن بعض الباحثين يركزون على عملهم على تطوير محفزات جديدة ، فإن اكتشاف المحفز لا يأخذ في الاعتبار ظروف التشغيل. يعد التحكم في البيئة على سطح المحفز طريقة جديدة ومختلفة.
وقال آدم ويبر ، أحد كبار المهندسين: "لم نتوصل إلى محفز جديد تمامًا ، لكننا استخدمنا فهمنا لحركية رد الفعل واستخدمنا هذه المعرفة لإرشادنا في التفكير في كيفية تغيير بيئة موقع المحفز". العلماء في مجال تكنولوجيا الطاقة في مختبرات بيركلي والمؤلف المشارك للأوراق.
والخطوة التالية هي توسيع إنتاج المحفزات المطلية. تضمنت التجارب الأولية لفريق Berkeley Lab أنظمة طرازات مسطحة صغيرة ، والتي كانت أبسط بكثير من الهياكل المسامية ذات المنطقة الكبيرة المطلوبة للتطبيقات التجارية. وقال بيل: "ليس من الصعب تطبيق طلاء على سطح مستو. لكن الأساليب التجارية قد تتضمن طلاء كرات نحاسية صغيرة". تصبح إضافة طبقة ثانية من الطلاء تحديًا. أحد الاحتمالات هو خلط ودائع الطلاءتين معًا في مذيب ، ويأمل أن ينفصلوا عندما يتبخر المذيب. ماذا لو لم يفعلوا؟ وخلص بيل إلى: "نحن فقط بحاجة إلى أن نكون أكثر ذكاءً". الرجوع إلى Kim C ، Bui JC ، Luo X وغيرها. البيئة الدقيقة Catalyst المخصصة لخفض الكهرباء من CO2 إلى منتجات متعددة الكربون باستخدام طبقة ionomer مزدوجة الطبقة على النحاس. نات الطاقة. 2021 ؛ 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
يتم استنساخ هذه المقالة من المادة التالية. ملاحظة: قد تم تحرير المادة للطول والمحتوى. لمزيد من المعلومات ، يرجى الاتصال بالمصدر المذكور.