Նոր տեխնոլոգիան բարելավում է ածխաթթու գազի փոխակերպումը հեղուկ վառելիքի

Լրացրեք ստորև բերված ձևը, և ​​մենք ձեզ կուղարկենք «Ածխաթթու գազը հեղուկ վառելիքի վերածելու նոր տեխնոլոգիական բարելավումներ» գրքի PDF տարբերակը էլեկտրոնային փոստով։
Ածխաթթու գազը (CO2) բրածո վառելիքի այրման արդյունք է և ամենատարածված ջերմոցային գազը, որը կարող է կայուն եղանակով կրկին վերածվել օգտակար վառելիքի: CO2 արտանետումները վառելիքի հումքի վերածելու խոստումնալից միջոցներից մեկը էլեկտրաքիմիական վերականգնում կոչվող գործընթացն է: Սակայն առևտրային առումով կենսունակ լինելու համար գործընթացը պետք է կատարելագործվի՝ ավելի ցանկալի ածխածնով հարուստ արտադրանք ընտրելու կամ արտադրելու համար: Այժմ, ինչպես նշվում է Nature Energy ամսագրում, Լոուրենս Բերկլիի ազգային լաբորատորիան (Berkeley Lab) մշակել է նոր մեթոդ՝ օժանդակ ռեակցիայի համար օգտագործվող պղնձի կատալիզատորի մակերեսը բարելավելու համար, դրանով իսկ մեծացնելով գործընթացի ընտրողականությունը:
«Չնայած մենք գիտենք, որ պղինձը այս ռեակցիայի լավագույն կատալիզատորն է, այն չի ապահովում բարձր ընտրողականություն ցանկալի արդյունքի համար», - ասաց Ալեքսիսը, Բերկլիի լաբորատորիայի քիմիական գիտությունների ամբիոնի ավագ գիտնական և Բերկլիի Կալիֆոռնիայի համալսարանի քիմիական ճարտարագիտության պրոֆեսոր։ Սփելն ասաց. «Մեր թիմը պարզեց, որ կարելի է օգտագործել կատալիզատորի տեղական միջավայրը՝ տարբեր հնարքներ կիրառելու համար՝ այս տեսակի ընտրողականություն ապահովելու համար»։
Նախորդ ուսումնասիրություններում հետազոտողները ստեղծել են ճշգրիտ պայմաններ՝ ապահովելու համար լավագույն էլեկտրական և քիմիական միջավայրը առևտրային արժեք ունեցող ածխածնով հարուստ արտադրանք ստեղծելու համար: Սակայն այս պայմանները հակասում են այն պայմաններին, որոնք բնականաբար առաջանում են ջրային հիմքով հաղորդիչ նյութեր օգտագործող տիպիկ վառելիքային բջիջներում:
Էներգետիկայի նախարարության «Հեղուկ արևի լույս» դաշինքի «Էներգետիկ նորարարության կենտրոն» նախագծի շրջանակներում վառելիքային բջիջների ջրային միջավայրում կիրառվող դիզայնը որոշելու համար Բելը և նրա թիմը դիմեցին իոնոմերի բարակ շերտի, որը թույլ է տալիս որոշակի լիցքավորված մոլեկուլների (իոնների) անցնել դրանց միջով։ Բացառեք այլ իոնները։ Իրենց բարձր ընտրողական քիմիական հատկությունների շնորհիվ դրանք հատկապես հարմար են միկրոմիջավայրի վրա ուժեղ ազդեցություն ունենալու համար։
Բելլի խմբի հետդոկտորական հետազոտող և հոդվածի առաջին հեղինակ Չանյոն Կիմը առաջարկել է պղնձի կատալիզատորների մակերեսը պատել երկու տարածված իոնոմերներով՝ Նաֆիոնով և Սուստեյնիոնով: Թիմը ենթադրել է, որ դա անելը պետք է որոշ կերպ փոխի կատալիզատորի մոտ գտնվող միջավայրը, ներառյալ pH-ը և ջրի ու ածխաթթու գազի քանակը՝ ռեակցիան ուղղորդելով ածխածնով հարուստ արտադրանք ստանալու համար, որոնք կարող են հեշտությամբ վերածվել օգտակար քիմիական նյութերի: Արտադրանքներ և հեղուկ վառելիքներ:
Հետազոտողները յուրաքանչյուր իոնոմերի բարակ շերտ և երկու իոնոմերների կրկնակի շերտ քսեցին պոլիմերային նյութով պահված պղնձե թաղանթին՝ թաղանթ ձևավորելու համար, որը նրանք կարողացան տեղադրել ձեռքով ձևավորված էլեկտրաքիմիական բջջի մեկ ծայրի մոտ: Մարտկոցի մեջ ածխաթթու գազ ներարկելիս և լարում կիրառելիս նրանք չափեցին մարտկոցով անցնող ընդհանուր հոսանքը: Այնուհետև նրանք չափեցին ռեակցիայի ընթացքում հարակից ռեզերվուարում հավաքված գազն ու հեղուկը: Երկշերտ դեպքում նրանք պարզեցին, որ ածխածնով հարուստ արտադրանքը կազմում է ռեակցիայի կողմից սպառված էներգիայի 80%-ը, ինչը գերազանցում է չծածկված դեպքում 60%-ը:
«Այս սենդվիչ ծածկույթը ապահովում է երկու աշխարհների լավագույնը՝ բարձր արտադրանքի ընտրողականություն և բարձր ակտիվություն», - ասաց Բելը: Երկշերտ մակերեսը ոչ միայն լավ է ածխածնով հարուստ արտադրանքի համար, այլև միաժամանակ ուժեղ հոսանք է առաջացնում, ինչը վկայում է ակտիվության աճի մասին:
Հետազոտողները եզրակացրեցին, որ բարելավված արձագանքը պայմանավորված էր պղնձի անմիջապես վերևում գտնվող ծածկույթում կուտակված CO2-ի բարձր կոնցենտրացիայով: Բացի այդ, երկու իոնոմերների միջև ընկած տարածքում կուտակվող բացասական լիցքավորված մոլեկուլները կհանգեցնեն տեղական թթվայնության նվազմանը: Այս համադրությունը չեզոքացնում է կոնցենտրացիայի փոխզիջումները, որոնք հակված են տեղի ունենալ իոնոմերային թաղանթների բացակայության դեպքում:
Ռեակցիայի արդյունավետությունը հետագայում բարելավելու համար հետազոտողները որպես CO2-ի և pH-ի բարձրացման մեկ այլ մեթոդ դիմեցին նախկինում ապացուցված տեխնոլոգիայի, որը չի պահանջում իոնոմերային թաղանթ՝ իմպուլսային լարման: Երկշերտ իոնոմերային ծածկույթին իմպուլսային լարում կիրառելով՝ հետազոտողները հասան ածխածնով հարուստ արտադրանքի 250% աճի՝ համեմատած չծածկված պղնձի և ստատիկ լարման հետ:
Չնայած որոշ հետազոտողներ իրենց աշխատանքը կենտրոնացնում են նոր կատալիզատորների մշակման վրա, կատալիզատորի հայտնաբերումը հաշվի չի առնում շահագործման պայմանները: Կատալիզատորի մակերեսին միջավայրի վերահսկումը նոր և տարբեր մեթոդ է:
«Մենք չենք հորինել բոլորովին նոր կատալիզատոր, այլ օգտագործել ենք ռեակցիայի կինետիկայի վերաբերյալ մեր գիտելիքները և օգտագործել այս գիտելիքները՝ մեզ ուղղորդելու համար կատալիզատորի տեղանքի միջավայրը փոխելու վերաբերյալ մտածելիս», - ասել է Ադամ Վեբերը, Բերկլիի լաբորատորիաների էներգետիկ տեխնոլոգիաների ոլորտի գիտնական և հոդվածների համահեղինակ։
Հաջորդ քայլը պատված կատալիզատորների արտադրության ընդլայնումն է: Բերկլիի լաբորատորիայի թիմի նախնական փորձարկումները ներառում էին փոքր հարթ մոդելային համակարգեր, որոնք շատ ավելի պարզ էին, քան առևտրային կիրառությունների համար անհրաժեշտ մեծ մակերեսով ծակոտկեն կառուցվածքները: «Դժվար չէ պատվածքը քսել հարթ մակերեսի վրա: Սակայն առևտրային մեթոդները կարող են ներառել փոքրիկ պղնձե գնդիկների պատում», - ասաց Բելը: Պատվածքի երկրորդ շերտ ավելացնելը դառնում է մարտահրավեր: Մի հնարավորություն է խառնել և նստեցնել երկու պատվածքները միասին լուծիչի մեջ և հույս ունենալ, որ դրանք կբաժանվեն, երբ լուծիչը գոլորշիանա: Ի՞նչ անել, եթե դրանք չբաժանվեն: Բելը եզրակացրեց. «Մենք պարզապես պետք է ավելի խելացի լինենք»: Տես՝ Քիմ Ս, Բուի Ջ.Ս., Լուո Շ և այլք: Անհատականացված կատալիզատորի միկրոմիջավայր CO2-ի էլեկտրո-վերականգնման համար բազմածխածնային արտադրանքների միջոցով՝ օգտագործելով կրկնակի շերտավոր իոնոմերային պատյան պղնձի վրա: Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Այս հոդվածը վերցված է հետևյալ նյութից։ Նշում. Նյութը կարող է խմբագրված լինել երկարության և բովանդակության պատճառով։ Լրացուցիչ տեղեկությունների համար խնդրում ենք կապվել մեջբերված աղբյուրի հետ։