Isi formulir ing ngisor iki lan kita bakal ngirim email versi PDF saka "Perbaikan teknologi anyar kanggo ngowahi karbon dioksida dadi bahan bakar cair"
Karbon dioksida (CO2) iku produk saka pembakaran bahan bakar fosil lan gas omah kaca sing paling umum, sing bisa diowahi maneh dadi bahan bakar sing migunani kanthi cara sing lestari. Salah sawijining cara sing njanjeni kanggo ngowahi emisi CO2 dadi bahan baku bahan bakar yaiku proses sing diarani reduksi elektrokimia. Nanging supaya bisa ditindakake kanthi komersial, proses kasebut kudu ditingkatake kanggo milih utawa ngasilake produk sing sugih karbon sing luwih dikarepake. Saiki, kaya sing dilapurake ing jurnal Nature Energy, Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) wis ngembangake metode anyar kanggo ningkatake permukaan katalis tembaga sing digunakake kanggo reaksi tambahan, saengga nambah selektivitas proses kasebut.
"Sanajan kita ngerti yen tembaga minangka katalis paling apik kanggo reaksi iki, nanging ora nyedhiyakake selektivitas sing dhuwur kanggo produk sing dikarepake," ujare Alexis, ilmuwan senior ing Departemen Ilmu Kimia ing Berkeley Lab lan profesor teknik kimia ing Universitas California, Berkeley. Spell ujar. "Tim kita nemokake manawa sampeyan bisa nggunakake lingkungan lokal katalis kanggo nindakake macem-macem trik kanggo nyedhiyakake selektivitas kaya iki."
Ing panliten sadurunge, para peneliti wis netepake kahanan sing tepat kanggo nyedhiyakake lingkungan listrik lan kimia sing paling apik kanggo nggawe produk sing sugih karbon kanthi nilai komersial. Nanging kahanan kasebut bertentangan karo kahanan sing alami kedadeyan ing sel bahan bakar khas sing nggunakake bahan konduktif berbasis banyu.
Kanggo nemtokake desain sing bisa digunakake ing lingkungan banyu sel bahan bakar, minangka bagéan saka proyèk Pusat Inovasi Energi saka Aliansi Sinar Matahari Cair Kementerian Energi, Bell lan timnya nggunakake lapisan tipis ionomer, sing ngidini molekul (ion) sing diisi daya tartamtu bisa nembus. Ora kalebu ion liyane. Amarga sipat kimia sing selektif banget, ion-ion iki cocog banget kanggo nduweni dampak sing kuwat ing lingkungan mikro.
Chanyeon Kim, peneliti postdoctoral ing grup Bell lan penulis pertama makalah iki, ngusulake kanggo nutupi permukaan katalis tembaga nganggo rong ionomer umum, Nafion lan Sustainion. Tim kasebut duwe hipotesis yen nindakake iki kudu ngowahi lingkungan cedhak katalis—kalebu pH lan jumlah banyu lan karbon dioksida—kanthi cara tartamtu kanggo ngarahake reaksi kasebut kanggo ngasilake produk sing sugih karbon sing bisa gampang diowahi dadi bahan kimia sing migunani. Produk lan bahan bakar cair.
Para peneliti ngetrapake lapisan tipis saben ionomer lan lapisan ganda rong ionomer menyang film tembaga sing didhukung dening bahan polimer kanggo mbentuk film, sing bisa dilebokake cedhak salah sawijining ujung sel elektrokimia sing bentuke tangan. Nalika nyuntikake karbon dioksida menyang baterei lan ngetrapake voltase, dheweke ngukur total arus sing mili liwat baterei. Banjur dheweke ngukur gas lan cairan sing dikumpulake ing reservoir jejere sajrone reaksi. Kanggo kasus rong lapisan, dheweke nemokake yen produk sing sugih karbon nyumbang 80% energi sing dikonsumsi dening reaksi kasebut—luwih saka 60% ing kasus sing ora dilapisi.
"Lapisan sandwich iki nyedhiyakake sing paling apik saka loro jagad: selektivitas produk sing dhuwur lan aktivitas sing dhuwur," ujare Bell. Permukaan lapisan ganda ora mung apik kanggo produk sing sugih karbon, nanging uga ngasilake arus sing kuwat ing wektu sing padha, sing nuduhake peningkatan aktivitas.
Para peneliti nyimpulake yen respon sing luwih apik iki minangka asil saka konsentrasi CO2 sing dhuwur sing nglumpuk ing lapisan langsung ing ndhuwur tembaga. Kajaba iku, molekul sing diisi negatif sing nglumpuk ing wilayah antarane rong ionomer bakal ngasilake keasaman lokal sing luwih murah. Kombinasi iki ngimbangi trade-off konsentrasi sing cenderung kedadeyan tanpa anane film ionomer.
Kanggo luwih ningkatake efisiensi reaksi kasebut, para peneliti nggunakake teknologi sing wis kabukten sadurunge sing ora mbutuhake film ionomer minangka metode liya kanggo nambah CO2 lan pH: voltase pulsa. Kanthi ngetrapake voltase pulsa ing lapisan ionomer lapisan ganda, para peneliti entuk peningkatan 250% ing produk sing sugih karbon dibandhingake karo tembaga sing ora dilapisi lan voltase statis.
Senajan sawetara peneliti fokus ing pangembangan katalis anyar, panemuan katalis kasebut ora nggatekake kahanan operasi. Ngontrol lingkungan ing permukaan katalis minangka metode anyar lan beda.
"Kita ora nemokake katalis sing anyar, nanging nggunakake pangerten kita babagan kinetika reaksi lan nggunakake kawruh iki kanggo nuntun kita mikir babagan carane ngganti lingkungan situs katalis," ujare Adam Weber, insinyur senior. Ilmuwan ing bidang teknologi energi ing Berkeley Laboratories lan penulis makalah.
Langkah sabanjure yaiku ngembangake produksi katalis sing dilapisi. Eksperimen awal tim Berkeley Lab nglibatake sistem model datar cilik, sing luwih prasaja tinimbang struktur berpori area gedhe sing dibutuhake kanggo aplikasi komersial. "Ora angel ngetrapake lapisan ing permukaan sing rata. Nanging metode komersial bisa uga nglibatake lapisan bal tembaga cilik," ujare Bell. Nambahake lapisan lapisan kapindho dadi tantangan. Salah sawijining kemungkinan yaiku nyampur lan nyelehake rong lapisan kasebut ing pelarut, lan ngarep-arep bisa misah nalika pelarut nguap. Kepiye yen ora? Bell nyimpulake: "Kita mung kudu luwih pinter." Deleng Kim C, Bui JC, Luo X lan liya-liyane. Lingkungan mikro katalis khusus kanggo elektro-reduksi CO2 menyang produk multi-karbon nggunakake lapisan ionomer lapisan ganda ing tembaga. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Artikel iki dijupuk saka materi ing ngisor iki. Cathetan: Materi iki bisa uga wis diowahi dawane lan isine. Kanggo informasi luwih lengkap, hubungi sumber sing dikutip.
Wektu kiriman: 22 Nov-2021
