Šis straipsnis buvo peržiūrėtas laikantis „Science X“ redakcinių procedūrų ir politikos. Redaktoriai, užtikrindami turinio vientisumą, pabrėžė šias savybes:
Anglies dioksidas (CO2) yra ir būtinas gyvybės Žemėje šaltinis, ir šiltnamio efektą sukeliančios dujos, prisidedančios prie visuotinio atšilimo. Šiandien mokslininkai tyrinėja anglies dioksidą kaip perspektyvų išteklių atsinaujinančių, mažai anglies dioksido išskiriančių degalų ir didelės vertės cheminių produktų gamybai.
Tyrėjų užduotis – nustatyti efektyvius ir ekonomiškus būdus, kaip anglies dioksidą paversti aukštos kokybės anglies tarpiniais produktais, tokiais kaip anglies monoksidas, metanolis arba skruzdžių rūgštis.
Nacionalinės atsinaujinančios energijos laboratorijos (NREL) mokslininko K. K. Neuerlino vadovaujama tyrimų komanda ir Argonne nacionalinės bei Oak Ridge nacionalinės laboratorijos bendradarbiai rado perspektyvų šios problemos sprendimą. Komanda sukūrė konversijos metodą, skirtą skruzdžių rūgščiai gaminti iš anglies dioksido naudojant atsinaujinančią elektros energiją, pasižymintį dideliu energijos vartojimo efektyvumu ir ilgaamžiškumu.
Tyrimas pavadinimu „Keičiamo dydžio membraninio elektrodo surinkimo architektūra efektyviam anglies dioksido elektrocheminiam pavertimui skruzdžių rūgštimi“ buvo paskelbtas žurnale „Nature Communications“.
Skruzdžių rūgštis yra potencialus cheminis tarpinis produktas, turintis platų pritaikymo spektrą, ypač kaip žaliava chemijos ar biologijos pramonėje. Skruzdžių rūgštis taip pat buvo identifikuota kaip žaliava biologiniam perdirbimui į švarų aviacinį kurą.
CO2 elektrolizės metu, kai elektrolizės celei taikomas elektrinis potencialas, CO2 redukuojamas iki cheminių tarpinių produktų, tokių kaip skruzdžių rūgštis, arba tokių molekulių kaip etilenas.
Elektrolizerio membranos ir elektrodo mazgas (MEA) paprastai susideda iš jonus praleidžiančios membranos (katijonų arba anijonų mainų membranos), įterptos tarp dviejų elektrodų, sudarytų iš elektrokatalizatoriaus ir jonus praleidžiančio polimero.
Naudodamiesi komandos patirtimi kuro elementų technologijų ir vandenilio elektrolizės srityse, jie ištyrė kelias MEA konfigūracijas elektrolizės elementuose, kad palygintų elektrocheminį CO2 redukavimą į skruzdžių rūgštį.
Remdamasi įvairių konstrukcijų gedimų analize, komanda siekė išnaudoti esamų medžiagų rinkinių apribojimus, ypač jonų atmetimo trūkumą dabartinėse anijonų mainų membranose, ir supaprastinti bendrą sistemos konstrukciją.
NREL bendrovės KS Neierlin ir Leiming Hu išradimas buvo patobulintas MEA elektrolizeris, kuriame naudojama nauja perforuota katijonų mainų membrana. Ši perforuota membrana užtikrina pastovią, labai selektyvią skruzdžių rūgšties gamybą ir supaprastina konstrukciją, nes naudojamos standartinės dalys.
„Šio tyrimo rezultatai rodo paradigmos pokytį organinių rūgščių, tokių kaip skruzdžių rūgštis, elektrocheminėje gamyboje“, – teigė bendraautoris Neierlinas. „Perforuota membraninė struktūra sumažina ankstesnių konstrukcijų sudėtingumą ir taip pat gali būti naudojama kitų elektrocheminių anglies dioksido konversijos įrenginių energijos vartojimo efektyvumui ir ilgaamžiškumui gerinti.“
Kaip ir bet kokio mokslinio proveržio atveju, svarbu suprasti sąnaudų veiksnius ir ekonominį pagrįstumą. Dirbdami įvairiuose departamentuose, NREL tyrėjai Zhe Huang ir Tao Ling pristatė technologinę ir ekonominę analizę, kurioje nustatė būdus, kaip pasiekti sąnaudų paritetą su šiandieniniais pramoniniais skruzdžių rūgšties gamybos procesais, kai atsinaujinančios elektros energijos kaina yra 2,3 cento už kilovatvalandę arba mažesnė.
„Komanda pasiekė šių rezultatų naudodama komerciškai prieinamus katalizatorius ir polimerines membranines medžiagas, kartu kurdama MEA dizainą, kuris išnaudoja šiuolaikinių kuro elementų ir vandenilio elektrolizės įrenginių mastelio keitimą“, – teigė Neierlinas.
„Šio tyrimo rezultatai galėtų padėti anglies dioksidą paversti kuru ir cheminėmis medžiagomis, naudojant atsinaujinančiąją elektros energiją ir vandenilį, taip paspartinant perėjimą prie gamybos masto didinimo ir komercializavimo.“
Elektrocheminės konversijos technologijos yra pagrindinis NREL programos „Elektronai į molekules“ elementas, kuriame daugiausia dėmesio skiriama naujos kartos atsinaujinančiam vandeniliui, nuliniam kurui, cheminėms medžiagoms ir medžiagoms, skirtoms elektra varomiems procesams.
„Mūsų programa tyrinėja būdus, kaip panaudoti atsinaujinančią elektros energiją, kad molekulės, tokios kaip anglies dioksidas ir vanduo, būtų paverstos junginiais, kurie gali būti energijos šaltiniai“, – teigė Randy Cortrightas, NREL elektronų perdavimo ir (arba) pirmtakų strategijos, skirtos kuro ar cheminių medžiagų gamybai, direktorius.
„Šis elektrocheminės konversijos tyrimas suteikia proveržį, kurį galima panaudoti įvairiuose elektrocheminės konversijos procesuose, ir mes tikimės daugiau žadančių šios grupės rezultatų.“
Daugiau informacijos: Leiming Hu ir kt., Keičiamo mastelio membraninio elektrodo mazgo architektūra efektyviam CO2 elektrocheminiam pavertimui skruzdžių rūgštimi, „Nature Communications“ (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Jei pastebėjote rašybos klaidą, netikslumą arba norėtumėte pateikti prašymą redaguoti šio puslapio turinį, naudokite šią formą. Bendro pobūdžio klausimams naudokite mūsų kontaktinę formą. Bendro pobūdžio atsiliepimams naudokite toliau pateiktą viešųjų komentarų skyrių (vadovaukitės instrukcijomis).
Jūsų atsiliepimai mums labai svarbūs. Tačiau dėl didelio žinučių kiekio negalime garantuoti suasmeninto atsakymo.
Jūsų el. pašto adresas naudojamas tik tam, kad būtų galima sužinoti gavėjams, kas išsiuntė el. laišką. Nei jūsų, nei gavėjo adresas nebus naudojami jokiais kitais tikslais. Jūsų įvesta informacija bus rodoma jūsų el. laiške ir „Tech Xplore“ jos jokia forma nesaugos.
Ši svetainė naudoja slapukus, kad palengvintų naršymą, analizuotų jūsų naudojimąsi mūsų paslaugomis, rinktų reklamos suasmeninimo duomenis ir teiktų turinį iš trečiųjų šalių. Naudodamiesi mūsų svetaine, jūs patvirtinate, kad perskaitėte ir supratote mūsų privatumo politiką ir naudojimo sąlygas.