Нова технологија побољшава претварање угљен-диоксида у течно гориво

Попуните формулар испод и послаћемо вам е-поштом ПДФ верзију „Нова побољшања технологије за претварање угљен-диоксида у течно гориво“
Угљен диоксид (ЦО2) је производ сагоревања фосилних горива и најчешћи гас стаклене баште, који се може поново претворити у корисна горива на одржив начин. Један обећавајући начин претварања емисије ЦО2 у сировину горива је процес који се назива електрохемијска редукција. Али да би био комерцијално одржив, процес треба побољшати како би се одабрали или произвели пожељнији производи богати угљеником. Сада, како је објављено у часопису Натуре Енерги, Национална лабораторија Лавренце Беркли (Беркелеи Лаб) развила је нову методу за побољшање површине бакарног катализатора који се користи за помоћну реакцију, чиме се повећава селективност процеса.
„Иако знамо да је бакар најбољи катализатор за ову реакцију, он не пружа високу селективност за жељени производ“, рекао је Алексис, виши научник на Одсеку за хемијске науке у лабораторији Беркли и професор хемијског инжењерства на Универзитету. Калифорније, Беркли. Спел је рекао. „Наш тим је открио да можете користити локално окружење катализатора да бисте радили различите трикове како бисте обезбедили ову врсту селективности.
У претходним студијама, истраживачи су успоставили прецизне услове да обезбеде најбоље електрично и хемијско окружење за стварање производа богатих угљеником са комерцијалном вредношћу. Али ови услови су у супротности са условима који се природно јављају у типичним горивним ћелијама које користе проводне материјале на бази воде.
Да би одредили дизајн који се може користити у воденом окружењу горивих ћелија, у оквиру пројекта Енерги Инноватион Центер Ликуид Сунсхине Аллианце Министарства енергетике, Белл и његов тим су се окренули танком слоју јономера, који омогућава одређене наелектрисане молекули (јони) да прођу. Искључите друге јоне. Због својих високо селективних хемијских својстава, они су посебно погодни за снажан утицај на микроокружење.
Цхањеон Ким, постдокторски истраживач у Белл групи и први аутор рада, предложио је да се површина бакарних катализатора премаже са два уобичајена јономера, Нафион и Сустаинион. Тим је претпоставио да би то требало да промени окружење у близини катализатора - укључујући пХ и количину воде и угљен-диоксида - на неки начин да усмери реакцију на производњу производа богатих угљеником који се лако могу претворити у корисне хемикалије. Производи и течна горива.
Истраживачи су нанијели танак слој сваког јономера и двоструки слој од два јономера на бакарни филм подржан полимерним материјалом како би формирали филм, који су могли да уметну близу једног краја електрохемијске ћелије у облику руке. Када су убризгали угљен-диоксид у батерију и применили напон, мерили су укупну струју која тече кроз батерију. Затим су измерили гас и течност прикупљене у суседном резервоару током реакције. За двослојни случај, открили су да производи богати угљеником чине 80% енергије потрошене у реакцији - више од 60% у случају без премаза.
„Овај премаз за сендвич пружа најбоље из оба света: високу селективност производа и високу активност“, рекао је Белл. Двослојна површина није добра само за производе богате угљеником, већ истовремено ствара и јаку струју, што указује на повећање активности.
Истраживачи су закључили да је побољшани одговор резултат високе концентрације ЦО2 акумулиране у премазу директно на врху бакра. Поред тога, негативно наелектрисани молекули који се акумулирају у региону између два јономера ће произвести нижу локалну киселост. Ова комбинација надокнађује компромисе концентрације који се јављају у одсуству јономерних филмова.
Да би додатно побољшали ефикасност реакције, истраживачи су се окренули претходно доказаној технологији која не захтева јономерни филм као још један метод за повећање ЦО2 и пХ: импулсни напон. Применом импулсног напона на двослојни јономерни премаз, истраживачи су постигли повећање од 250% у производима богатим угљеником у поређењу са необложеним бакром и статичким напоном.
Иако неки истраживачи фокусирају свој рад на развој нових катализатора, откриће катализатора не узима у обзир услове рада. Контрола околине на површини катализатора је нов и другачији метод.
„Нисмо смислили потпуно нови катализатор, већ смо користили наше разумевање кинетике реакције и користили смо ово знање да нас води у размишљању о томе како да променимо окружење катализатора“, рекао је Адам Вебер, виши инжењер. Научници у области енергетске технологије у лабораторијама Беркли и коаутор радова.
Следећи корак је проширење производње обложених катализатора. Прелиминарни експерименти тима Беркли лабораторије укључивали су мале системе равних модела, који су били много једноставнији од порозних структура велике површине потребних за комерцијалне примене. „Није тешко нанети премаз на равну површину. Али комерцијалне методе могу укључивати премазивање ситних бакарних куглица", рекао је Белл. Додавање другог слоја премаза постаје изазов. Једна могућност је да се помешају и депонују два премаза заједно у растварачу, и надамо се да ће се одвојити када растварач испари. Шта ако не учине? Белл је закључио: „Само треба да будемо паметнији. Погледајте Ким Ц, Буи ЈЦ, Луо Кс и друге. Прилагођено микроокружење катализатора за електро-редукцију ЦО2 до производа са више угљеника коришћењем двослојног јономерног премаза на бакру. Нат Енерги. 2021;6(11):1026-1034. дои:10.1038/с41560-021-00920-8
Овај чланак је репродукован из следећег материјала. Напомена: Материјал је можда уређен у погледу дужине и садржаја. За више информација обратите се цитираном извору.