Täytä alla oleva lomake, niin lähetämme sinulle sähköpostitse PDF-version "Uusia teknisiä parannuksia hiilidioksidin muuntamiseksi nestemäiseksi polttoaineeksi"
Hiilidioksidi (CO2) on fossiilisten polttoaineiden ja yleisimmän kasvihuonekaasun polttotuote, joka voidaan muuntaa takaisin hyödyllisiksi polttoaineiksi kestävällä tavalla. Yksi lupaava tapa muuttaa CO2-päästöt polttoaineen raaka-aineeksi on sähkökemiallinen pelkistys. Mutta ollakseen kaupallisesti kannattavaa, prosessia on parannettava, jotta voidaan valita tai tuottaa enemmän haluttuja hiilipitoisia tuotteita. Nyt, kuten Nature Energy -lehdessä kerrottiin, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) on kehittänyt uuden menetelmän parantaakseen apureaktiossa käytetyn kuparikatalyytin pintaa, mikä lisää prosessin selektiivisyyttä.
"Vaikka tiedämme, että kupari on paras katalysaattori tälle reaktiolle, se ei tarjoa suurta selektiivisyyttä halutulle tuotteelle", sanoi Alexis, Berkeley Labin kemian laitoksen vanhempi tutkija ja yliopiston kemiantekniikan professori. Kaliforniassa, Berkeleyssä. Spell sanoi. "Tiimimme havaitsi, että voit käyttää katalyytin paikallista ympäristöä erilaisten temppujen tekemiseen tällaisen selektiivisyyden aikaansaamiseksi."
Aiemmissa tutkimuksissa tutkijat ovat luoneet tarkat olosuhteet tarjotakseen parhaan sähköisen ja kemiallisen ympäristön kaupallista arvoa sisältävien hiilipitoisten tuotteiden luomiseen. Mutta nämä olosuhteet ovat vastoin olosuhteita, joita esiintyy luonnostaan tyypillisissä polttokennoissa, joissa käytetään vesipohjaisia johtavia materiaaleja.
Polttokennovesiympäristössä käytettävän mallin määrittämiseksi osana Energiaministeriön Liquid Sunshine Alliancen Energy Innovation Center -hanketta Bell ja hänen tiiminsä kääntyivät ohueen ionomeerikerrokseen, joka mahdollistaa tietyt varautuneet molekyylejä (ioneja), jotka kulkevat läpi. Sulje pois muut ionit. Erittäin selektiivisten kemiallisten ominaisuuksiensa ansiosta ne soveltuvat erityisen hyvin mikroympäristöön voimakkaasti vaikuttaviin.
Chanyeon Kim, Bell-ryhmän tohtoritutkija ja paperin ensimmäinen kirjoittaja, ehdotti kuparikatalysaattorien pinnan päällystämistä kahdella yleisellä ionomeerillä, Nafionilla ja Sustainionilla. Ryhmä oletti, että sen pitäisi muuttaa katalyytin lähellä olevaa ympäristöä - mukaan lukien pH:ta sekä veden ja hiilidioksidin määrää - jollain tavalla ohjatakseen reaktiota tuottamaan runsaasti hiilipitoisia tuotteita, jotka voidaan helposti muuntaa hyödyllisiksi kemikaaleiksi. Tuotteet ja nestemäiset polttoaineet.
Tutkijat levittivät ohuen kerroksen kutakin ionomeeriä ja kaksinkertaisen kerroksen kahdesta ionomeerista kuparikalvolle, jota tuettiin polymeerimateriaalilla, muodostaen kalvon, jonka he voisivat asettaa lähelle käsin muotoillun sähkökemiallisen kennon toista päätä. Ruiskutettaessa hiilidioksidia akkuun ja kytkettäessä jännitettä he mittasivat akun läpi kulkevan kokonaisvirran. Sitten he mittasivat viereiseen säiliöön reaktion aikana kerääntyneen kaasun ja nesteen. Kaksikerroksisessa tapauksessa he havaitsivat, että hiilipitoiset tuotteet muodostivat 80 % reaktion kuluttamasta energiasta – yli 60 % päällystämättömässä kotelossa.
"Tämä sandwich-pinnoite tarjoaa molempien maailmojen parhaat puolet: korkean tuoteselektiivisyyden ja korkean aktiivisuuden", Bell sanoi. Kaksikerroksinen pinta ei ole vain hyvä hiilipitoisille tuotteille, vaan se tuottaa samalla voimakkaan virran, mikä osoittaa aktiivisuuden lisääntymistä.
Tutkijat päättelivät, että parantunut vaste johtui korkeasta CO2-pitoisuudesta, joka on kertynyt pinnoitteeseen suoraan kuparin päälle. Lisäksi negatiivisesti varautuneet molekyylit, jotka kerääntyvät kahden ionomeerin väliselle alueelle, tuottavat alhaisemman paikallisen happamuuden. Tämä yhdistelmä kompensoi pitoisuuksien kompromisseja, joita esiintyy yleensä ionomeerikalvojen puuttuessa.
Reaktion tehokkuuden parantamiseksi entisestään tutkijat omaksuivat aiemmin todistetun teknologian, joka ei vaadi ionomeerikalvoa, toisena menetelmänä CO2:n ja pH:n nostamiseksi: pulssijännitteen. Käyttämällä pulssijännitettä kaksikerroksiseen ionomeeripinnoitteeseen tutkijat saavuttivat 250 % lisäyksen hiilipitoisissa tuotteissa verrattuna pinnoittamattomaan kupariin ja staattiseen jännitteeseen.
Vaikka jotkut tutkijat keskittyvät työssään uusien katalyyttien kehittämiseen, katalyytin löytämisessä ei oteta huomioon toimintaolosuhteita. Ympäristön hallinta katalyytin pinnalla on uusi ja erilainen menetelmä.
"Emme keksineet täysin uutta katalyyttiä, vaan käytimme ymmärrystämme reaktiokinetiikasta ja käytimme tätä tietämystä ohjaamaan meitä miettimään, kuinka muuttaa katalyyttipaikan ympäristöä", sanoi vanhempi insinööri Adam Weber. Energiateknologian tutkijat Berkeley Laboratoriesissa ja julkaisujen toinen kirjoittaja.
Seuraava askel on laajentaa päällystettyjen katalyyttien tuotantoa. Berkeley Lab -tiimin alustavissa kokeissa käytettiin pieniä litteitä mallijärjestelmiä, jotka olivat paljon yksinkertaisempia kuin kaupallisiin sovelluksiin vaadittavat suuren alueen huokoiset rakenteet. ”Ei ole vaikeaa levittää pinnoitetta tasaiselle pinnalle. Mutta kaupallisiin menetelmiin voi kuulua pienten kuparipallojen pinnoittaminen", Bell sanoi. Toisen pinnoitekerroksen lisääminen on haastavaa. Yksi mahdollisuus on sekoittaa ja kerrostaa nämä kaksi pinnoitetta yhteen liuottimessa ja toivoa, että ne erottuvat, kun liuotin haihtuu. Entä jos he eivät? Bell päätteli: "Meidän täytyy vain olla älykkäämpiä." Katso Kim C, Bui JC, Luo X ja muut. Räätälöity katalyyttimikroympäristö CO2:n sähköpelkistykseen monihiilituotteiksi käyttämällä kuparin kaksikerroksista ionomeeripinnoitetta. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Tämä artikkeli on kopioitu seuraavasta materiaalista. Huomautus: Materiaalia on saatettu muokata pituuden ja sisällön suhteen. Lisätietoja saat ottamalla yhteyttä mainittuun lähteeseen.
Postitusaika: 22.11.2021
