Isi borang di bawah dan kami akan menghantar e-mel versi PDF “Penambahbaikan teknologi baharu untuk menukar karbon dioksida kepada bahan api cecair” kepada anda.
Karbon dioksida (CO2) ialah hasil pembakaran bahan api fosil dan gas rumah hijau yang paling biasa, yang boleh ditukar semula menjadi bahan api berguna dengan cara yang mampan. Satu cara yang menjanjikan untuk menukar pelepasan CO2 kepada bahan suapan bahan api ialah proses yang dipanggil pengurangan elektrokimia. Tetapi untuk berdaya maju secara komersial, proses ini perlu diperbaiki untuk memilih atau menghasilkan produk kaya karbon yang lebih diingini. Kini, seperti yang dilaporkan dalam jurnal Nature Energy, Makmal Kebangsaan Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) telah membangunkan kaedah baharu untuk memperbaiki permukaan pemangkin kuprum yang digunakan untuk tindak balas tambahan, sekali gus meningkatkan selektiviti proses tersebut.
“Walaupun kita tahu bahawa kuprum adalah pemangkin terbaik untuk tindak balas ini, ia tidak memberikan selektiviti yang tinggi untuk produk yang diingini,” kata Alexis, seorang saintis kanan di Jabatan Sains Kimia di Berkeley Lab dan seorang profesor kejuruteraan kimia di University of California, Berkeley. Kata Spell. “Pasukan kami mendapati bahawa anda boleh menggunakan persekitaran tempatan pemangkin untuk melakukan pelbagai helah bagi memberikan selektiviti seperti ini.”
Dalam kajian terdahulu, para penyelidik telah mewujudkan keadaan yang tepat untuk menyediakan persekitaran elektrik dan kimia terbaik bagi menghasilkan produk kaya karbon dengan nilai komersial. Tetapi keadaan ini bertentangan dengan keadaan yang berlaku secara semula jadi dalam sel bahan api biasa yang menggunakan bahan konduktif berasaskan air.
Untuk menentukan reka bentuk yang boleh digunakan dalam persekitaran air sel bahan api, sebagai sebahagian daripada projek Pusat Inovasi Tenaga Perikatan Cahaya Matahari Cecair Kementerian Tenaga, Bell dan pasukannya telah menggunakan lapisan ionomer nipis, yang membolehkan molekul (ion) bercas tertentu melaluinya. Kecualikan ion lain. Disebabkan sifat kimianya yang sangat selektif, ia amat sesuai untuk memberi impak yang kuat terhadap persekitaran mikro.
Chanyeon Kim, seorang penyelidik pasca doktoral dalam kumpulan Bell dan penulis pertama kertas kerja ini, mencadangkan untuk menyalut permukaan pemangkin kuprum dengan dua ionomer biasa, Nafion dan Sustainion. Pasukan itu membuat hipotesis bahawa berbuat demikian sepatutnya mengubah persekitaran berhampiran pemangkin—termasuk pH dan jumlah air dan karbon dioksida—dalam beberapa cara untuk mengarahkan tindak balas bagi menghasilkan produk kaya karbon yang boleh ditukar dengan mudah menjadi bahan kimia yang berguna. Produk dan bahan api cecair.
Para penyelidik menggunakan lapisan nipis setiap ionomer dan lapisan berganda dua ionomer pada filem kuprum yang disokong oleh bahan polimer untuk membentuk filem, yang boleh mereka sisipkan berhampiran satu hujung sel elektrokimia berbentuk tangan. Apabila menyuntik karbon dioksida ke dalam bateri dan mengenakan voltan, mereka mengukur jumlah arus yang mengalir melalui bateri. Kemudian mereka mengukur gas dan cecair yang terkumpul dalam takungan bersebelahan semasa tindak balas. Bagi kes dua lapisan, mereka mendapati bahawa produk kaya karbon menyumbang 80% daripada tenaga yang digunakan oleh tindak balas—lebih tinggi daripada 60% dalam kes tidak bersalut.
“Salutan sandwic ini memberikan yang terbaik daripada kedua-dua dunia: selektiviti produk yang tinggi dan aktiviti yang tinggi,” kata Bell. Permukaan dua lapisan bukan sahaja baik untuk produk yang kaya dengan karbon, tetapi juga menghasilkan arus yang kuat pada masa yang sama, menunjukkan peningkatan aktiviti.
Para penyelidik menyimpulkan bahawa tindak balas yang lebih baik adalah hasil daripada kepekatan CO2 yang tinggi yang terkumpul dalam salutan terus di atas kuprum. Di samping itu, molekul bercas negatif yang terkumpul di kawasan antara dua ionomer akan menghasilkan keasidan tempatan yang lebih rendah. Gabungan ini mengimbangi pertukaran kepekatan yang cenderung berlaku tanpa filem ionomer.
Untuk meningkatkan lagi kecekapan tindak balas, para penyelidik beralih kepada teknologi yang telah terbukti sebelum ini yang tidak memerlukan filem ionomer sebagai kaedah lain untuk meningkatkan CO2 dan pH: voltan berdenyut. Dengan menggunakan voltan berdenyut pada salutan ionomer berlapis dua, para penyelidik mencapai peningkatan sebanyak 250% dalam produk kaya karbon berbanding kuprum yang tidak bersalut dan voltan statik.
Walaupun sesetengah penyelidik menumpukan kerja mereka pada pembangunan mangkin baharu, penemuan mangkin tidak mengambil kira keadaan operasi. Mengawal persekitaran pada permukaan mangkin merupakan kaedah baharu dan berbeza.
“Kami tidak menghasilkan mangkin yang baharu sepenuhnya, tetapi menggunakan pemahaman kami tentang kinetik tindak balas dan menggunakan pengetahuan ini untuk membimbing kami dalam memikirkan cara mengubah persekitaran tapak mangkin,” kata Adam Weber, seorang jurutera kanan. Saintis dalam bidang teknologi tenaga di Berkeley Laboratories dan penulis bersama kertas kerja.
Langkah seterusnya adalah untuk mengembangkan pengeluaran pemangkin bersalut. Eksperimen awal pasukan Makmal Berkeley melibatkan sistem model rata kecil, yang jauh lebih mudah daripada struktur berliang luas yang diperlukan untuk aplikasi komersial. “Tidak sukar untuk menggunakan salutan pada permukaan rata. Tetapi kaedah komersial mungkin melibatkan salutan bebola tembaga kecil,” kata Bell. Menambah lapisan salutan kedua menjadi mencabar. Satu kemungkinan adalah untuk mencampurkan dan memendapkan kedua-dua salutan bersama-sama dalam pelarut, dan berharap ia terpisah apabila pelarut menyejat. Bagaimana jika tidak? Bell menyimpulkan: “Kita hanya perlu lebih bijak.” Rujuk Kim C, Bui JC, Luo X dan lain-lain. Persekitaran mikro pemangkin tersuai untuk pengurangan elektro CO2 kepada produk berbilang karbon menggunakan salutan ionomer dua lapisan pada tembaga. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Artikel ini diterbitkan semula daripada bahan berikut. Nota: Bahan ini mungkin telah disunting dari segi panjang dan kandungan. Untuk maklumat lanjut, sila hubungi sumber yang dipetik.
Masa siaran: 22 Nov-2021
