تعمل التكنولوجيا الجديدة على تحسين تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود سائل

املأ النموذج أدناه وسنرسل لك نسخة PDF من "تحسينات تقنية جديدة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود سائل"
ثاني أكسيد الكربون (CO2) هو نتاج حرق الوقود الأحفوري وغازات الاحتباس الحراري الأكثر شيوعًا ، والتي يمكن تحويلها مرة أخرى إلى وقود مفيد بطريقة مستدامة.إحدى الطرق الواعدة لتحويل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إلى مواد أولية للوقود هي عملية تسمى الاختزال الكهروكيميائي.ولكن لكي تكون العملية مجدية تجاريًا ، يجب تحسينها لاختيار أو إنتاج المزيد من المنتجات الغنية بالكربون المرغوبة.الآن ، كما ورد في مجلة Nature Energy ، طور مختبر لورانس بيركلي الوطني (Berkeley Lab) طريقة جديدة لتحسين سطح محفز النحاس المستخدم في التفاعل الإضافي ، وبالتالي زيادة انتقائية العملية.
قال أليكسيس ، وهو عالم كبير في قسم العلوم الكيميائية في مختبر بيركلي وأستاذ الهندسة الكيميائية بالجامعة: "على الرغم من أننا نعلم أن النحاس هو أفضل محفز لهذا التفاعل ، إلا أنه لا يوفر انتقائية عالية للمنتج المطلوب". كاليفورنيا ، بيركلي.قال تعويذة."اكتشف فريقنا أنه يمكنك استخدام البيئة المحلية للمحفز للقيام بحيل مختلفة لتوفير هذا النوع من الانتقائية."
في الدراسات السابقة ، وضع الباحثون شروطًا دقيقة لتوفير أفضل بيئة كهربائية وكيميائية لإنتاج 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 المياه التي تعمل بخلايا الوقود ، كجزء من مشروع مركز ابتكار الطاقة التابع لتحالف الشمس الساطعة السائلة التابع لوزارة الطاقة ، تحول بيل وفريقه إلى طبقة رقيقة من الشارون ، مما يسمح بشحن معين الجزيئات (الأيونات) بالمرور.استبعد الأيونات الأخرى.نظرًا لخصائصها الكيميائية الانتقائية للغاية ، فهي مناسبة بشكل خاص لتأثير قوي على البيئة المكروية.
اقترح Chanyeon Kim ، باحث ما بعد الدكتوراه في مجموعة Bell والمؤلف الأول للورقة ، طلاء سطح محفزات النحاس بمشترين شائعين شائعين ، Nafion و Sustainion.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.
قام الباحثون بتطبيق طبقة رقيقة من كل متماثل شارد وطبقة مزدوجة من اثنين من المتماثلات الشاردة على غشاء نحاسي مدعوم بمادة بوليمر لتشكيل فيلم ، والذي يمكنهم إدخاله بالقرب من أحد طرفي خلية كهروكيميائية على شكل يدوي.عند حقن ثاني أكسيد الكربون في البطارية وتطبيق الجهد ، قاموا بقياس إجمالي التيار المتدفق عبر البطارية.ثم قاموا بقياس الغاز والسائل المتجمعين في الخزان المجاور أثناء التفاعل.بالنسبة للحالة المكونة من طبقتين ، وجدوا أن المنتجات الغنية بالكربون تمثل 80٪ من الطاقة التي يستهلكها التفاعل - أعلى من 60٪ في الغلاف غير المطلي.
قال بيل: "يوفر طلاء الساندويتش هذا أفضل ما في العالمين: انتقائية عالية للمنتج ونشاط عالي".لا يعد السطح ذو الطبقة المزدوجة جيدًا للمنتجات الغنية بالكربون فحسب ، بل يولد أيضًا تيارًا قويًا في نفس الوقت ، مما يشير إلى زيادة في النشاط.
وخلص الباحثون إلى أن الاستجابة المحسنة كانت نتيجة ارتفاع تركيز ثاني أكسيد الكربون المتراكم في الطلاء مباشرة فوق النحاس.بالإضافة إلى ذلك ، فإن الجزيئات سالبة الشحنة التي تتراكم في المنطقة بين اثنين من الشاردين ستنتج حموضة محلية أقل.هذا المزيج يعوض مقايضات التركيز التي تميل إلى الحدوث في حالة عدم وجود أغشية شاردة.
من أجل زيادة تحسين كفاءة التفاعل ، لجأ الباحثون إلى تقنية مثبتة مسبقًا لا تتطلب غشاء شارد كطريقة أخرى لزيادة ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحموضة: الجهد النبضي.من خلال تطبيق الجهد النبضي على الطلاء المتماثل للطبقة المزدوجة ، حقق الباحثون زيادة بنسبة 250٪ في المنتجات الغنية بالكربون مقارنة بالنحاس غير المطلي والجهد الساكن.
على الرغم من أن بعض الباحثين يركزون عملهم على تطوير محفزات جديدة ، فإن اكتشاف المحفز لا يأخذ في الاعتبار ظروف التشغيل.يعد التحكم في البيئة على سطح المحفز طريقة جديدة ومختلفة.
قال آدم ويبر ، كبير المهندسين: "لم نتوصل إلى محفز جديد تمامًا ، لكننا استخدمنا فهمنا لحركية التفاعل واستخدمنا هذه المعرفة لإرشادنا في التفكير في كيفية تغيير بيئة موقع المحفز".علماء في مجال تكنولوجيا الطاقة في مختبرات بيركلي ومؤلف مشارك للأوراق.
الخطوة التالية هي توسيع إنتاج المحفزات المغلفة.تضمنت التجارب الأولية لفريق Berkeley Lab أنظمة نماذج مسطحة صغيرة ، والتي كانت أبسط بكثير من الهياكل المسامية ذات المساحة الكبيرة المطلوبة للتطبيقات التجارية."ليس من الصعب وضع طلاء على سطح مستو.لكن الأساليب التجارية قد تتضمن طلاء كرات نحاسية صغيرة.تصبح إضافة طبقة ثانية من الطلاء أمرًا صعبًا.أحد الاحتمالات هو خلط ورسب الطبقتين معًا في مذيب ، ونأمل أن تنفصل عندما يتبخر المذيب.ماذا لو لم يفعلوا؟واختتم بيل قائلاً: "نحن فقط بحاجة إلى أن نكون أكثر ذكاءً."راجع Kim C و Bui JC و Luo X وآخرين.بيئة مكروية محفزة مخصصة للتقليل الكهربائي لثاني أكسيد الكربون إلى منتجات متعددة الكربون باستخدام طلاء متشدد بطبقة مزدوجة على النحاس.نات للطاقة.2021 ؛ 6 (11): 1026-1034.دوى: 10.1038 / s41560-021-00920-8
هذه المقالة مستنسخة من المواد التالية.ملاحظة: ربما تم تعديل المادة من حيث الطول والمحتوى.لمزيد من المعلومات ، يرجى الاتصال بالمصدر المذكور.