Նոր տեխնոլոգիան բարելավում է ածխաթթու գազի վերածումը հեղուկ վառելիքի

Լրացրեք ստորև բերված ձևը և մենք ձեզ էլփոստով կուղարկենք «Ածխածնի երկօքսիդը հեղուկ վառելիքի վերածելու նոր տեխնոլոգիական բարելավումներ» PDF տարբերակը:
Ածխածնի երկօքսիդը (CO2) հանածո վառելիքի և ամենատարածված ջերմոցային գազերի այրման արդյունքն է, որը կարող է կայուն կերպով վերածվել օգտակար վառելիքի: CO2-ի արտանետումները վառելիքի հումքի վերածելու խոստումնալից միջոցը էլեկտրաքիմիական նվազեցում կոչվող գործընթացն է: Բայց կոմերցիոն առումով կենսունակ լինելու համար գործընթացը պետք է բարելավվի՝ ընտրելու կամ արտադրելու ավելի ցանկալի ածխածնի հարուստ արտադրանք: Այժմ, ինչպես նշվում է Nature Energy ամսագրում, Լոուրենս Բերքլիի ազգային լաբորատորիան (Berkeley Lab) մշակել է նոր մեթոդ՝ բարելավելու օժանդակ ռեակցիայի համար օգտագործվող պղնձի կատալիզատորի մակերեսը՝ դրանով իսկ բարձրացնելով գործընթացի ընտրողականությունը:
«Չնայած մենք գիտենք, որ պղինձը լավագույն կատալիզատորն է այս ռեակցիայի համար, այն չի ապահովում ցանկալի արտադրանքի բարձր ընտրողականություն», - ասում է Ալեքսիսը, Բերկլիի լաբորատորիայի քիմիական գիտությունների բաժանմունքի ավագ գիտնական և համալսարանի քիմիական ճարտարագիտության պրոֆեսոր: Կալիֆորնիա, Բերքլի. Սպելն ասաց. «Մեր թիմը պարզել է, որ դուք կարող եք օգտագործել կատալիզատորի տեղական միջավայրը տարբեր հնարքներ անելու համար՝ այս տեսակի ընտրողականություն ապահովելու համար»:
Նախորդ ուսումնասիրությունների ընթացքում հետազոտողները ստեղծել են ճշգրիտ պայմաններ՝ ապահովելու լավագույն էլեկտրական և քիմիական միջավայրը առևտրային արժեքով ածխածնի հարուստ արտադրանք ստեղծելու համար: Բայց այս պայմանները հակասում են այն պայմաններին, որոնք բնականաբար առաջանում են տիպիկ վառելիքի բջիջներում՝ օգտագործելով ջրի վրա հիմնված հաղորդիչ նյութեր:
Որպեսզի որոշեն դիզայնը, որը կարող է օգտագործվել վառելիքի բջիջների ջրի միջավայրում, որպես Էներգետիկայի նախարարության Liquid Sunshine Alliance-ի Energy Innovation Center նախագծի մի մաս, Բելը և նրա թիմը դիմեցին իոնոմերի բարակ շերտին, որը թույլ է տալիս որոշակի լիցքավորում: մոլեկուլներ (իոններ) անցնելու համար: Բացառեք այլ իոններ: Իրենց բարձր ընտրողական քիմիական հատկությունների շնորհիվ դրանք հատկապես հարմար են միկրոմիջավայրի վրա ուժեղ ազդեցություն ունենալու համար:
Չանյոն Քիմը, Bell խմբի հետդոկտորական գիտաշխատող և հոդվածի առաջին հեղինակը, առաջարկեց պղնձի կատալիզատորների մակերեսը պատել երկու ընդհանուր իոնոմերներով՝ Nafion-ով և Sustainion-ով: Թիմը ենթադրեց, որ դա պետք է փոխի կատալիզատորի մոտ միջավայրը, ներառյալ pH-ը և ջրի և ածխածնի երկօքսիդի քանակը, ինչ-որ կերպ ուղղորդելու ռեակցիան դեպի ածխածնով հարուստ արտադրանքներ, որոնք հեշտությամբ կարող են վերածվել օգտակար քիմիական նյութերի: Ապրանքներ և հեղուկ վառելիք.
Հետազոտողները կիրառեցին յուրաքանչյուր իոնոմերի բարակ շերտը և երկու իոնոմերի կրկնակի շերտը պղնձե թաղանթի վրա, որը հենվում էր պոլիմերային նյութի վրա՝ թաղանթ ձևավորելու համար, որը նրանք կարող էին տեղադրել ձեռքի ձևավորված էլեկտրաքիմիական բջիջի մի ծայրի մոտ: Մարտկոցի մեջ ածխաթթու գազ ներարկելիս և լարում կիրառելիս նրանք չափել են մարտկոցի միջով անցնող ընդհանուր հոսանքը։ Այնուհետեւ նրանք չափել են ռեակցիայի ժամանակ հարակից ջրամբարում հավաքված գազն ու հեղուկը։ Երկշերտ գործի համար նրանք պարզեցին, որ ածխածնի հարուստ արտադրանքները կազմում են ռեակցիայի սպառված էներգիայի 80%-ը, ինչը 60%-ից բարձր է չծածկված պատյանում:
«Այս սենդվիչի ծածկույթն ապահովում է լավագույնը երկու աշխարհներից՝ արտադրանքի բարձր ընտրողականություն և բարձր ակտիվություն», - ասաց Բելը: Երկշերտ մակերեսը ոչ միայն լավ է ածխածնի հարուստ արտադրանքի համար, այլև միաժամանակ ուժեղ հոսանք է առաջացնում, ինչը ցույց է տալիս ակտիվության աճը:
Հետազոտողները եկել են այն եզրակացության, որ բարելավված արձագանքը արդյունք է CO2-ի բարձր կոնցենտրացիայի, որը կուտակվել է ծածկույթում անմիջապես պղնձի գագաթին: Բացի այդ, բացասական լիցքավորված մոլեկուլները, որոնք կուտակվում են երկու իոնոմերների միջև ընկած հատվածում, ավելի ցածր տեղական թթվայնություն կառաջացնեն: Այս համակցությունը փոխհատուցում է կոնցենտրացիայի փոխզիջումները, որոնք սովորաբար տեղի են ունենում իոնոմերային թաղանթների բացակայության դեպքում:
Ռեակցիայի արդյունավետությունը հետագա բարելավելու համար հետազոտողները դիմել են նախկինում ապացուցված տեխնոլոգիայի, որը չի պահանջում իոնոմերային թաղանթ՝ որպես CO2-ի և pH-ի բարձրացման ևս մեկ մեթոդ՝ իմպուլսային լարման: Երկշերտ իոնոմերային ծածկույթի վրա իմպուլսային լարման կիրառմամբ հետազոտողները հասել են ածխածնի 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 մակերեսի վրա միջավայրը վերահսկելը նոր և տարբեր մեթոդ է:
«Մենք լիովին նոր կատալիզատոր չգտանք, այլ օգտագործեցինք ռեակցիայի կինետիկայի մեր պատկերացումները և օգտագործեցինք այս գիտելիքները՝ մեզ առաջնորդելու մտածելու, թե ինչպես փոխենք կատալիզատորի միջավայրը», - ասում է ավագ ինժեներ Ադամ Վեբերը: Բերքլիի լաբորատորիաների էներգետիկ տեխնոլոգիաների բնագավառի գիտնականներ և աշխատությունների համահեղինակ:
Հաջորդ քայլը ծածկված կատալիզատորների արտադրության ընդլայնումն է: Բերկլիի լաբորատորիայի թիմի նախնական փորձերը ներառում էին փոքր հարթ մոդելային համակարգեր, որոնք շատ ավելի պարզ էին, քան առևտրային կիրառությունների համար պահանջվող մեծ տարածքի ծակոտկեն կառուցվածքները: «Հարթ մակերեսի վրա ծածկույթ դնելը դժվար չէ։ Բայց կոմերցիոն մեթոդները կարող են ներառել փոքրիկ պղնձե գնդիկների ծածկույթը», - ասաց Բելը: Ծածկույթի երկրորդ շերտ ավելացնելը դառնում է դժվար: Հնարավորություններից մեկն այն է, որ երկու ծածկույթները խառնվեն և տեղադրվեն լուծիչի մեջ, և հուսանք, որ դրանք կբաժանվեն, երբ լուծիչը գոլորշիանա: Իսկ եթե չանե՞ն: «Մենք պարզապես պետք է ավելի խելացի լինենք»: Վերաբերեք Kim C-ին, Bui JC-ին, Luo X-ին և այլոց: Հարմարեցված կատալիզատոր միկրոմիջավայր՝ CO2-ի էլեկտրանվազեցման համար մինչև բազմածխածնային արտադրանք՝ օգտագործելով պղնձի երկշերտ իոնոմերային ծածկույթ: Nat Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034: doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Այս հոդվածը վերարտադրված է հետևյալ նյութից. Նշում. նյութը կարող է խմբագրված լինել երկարության և բովանդակության համար: Լրացուցիչ տեղեկությունների համար խնդրում ենք դիմել նշված աղբյուրին: