Công nghệ mới cải thiện việc chuyển đổi carbon dioxide thành nhiên liệu lỏng

Điền vào biểu mẫu bên dưới và chúng tôi sẽ gửi email cho bạn phiên bản PDF của các cải tiến công nghệ mới để chuyển đổi carbon dioxide thành nhiên liệu lỏng
Carbon dioxide (CO2) là sản phẩm của việc đốt nhiên liệu hóa thạch và khí nhà kính phổ biến nhất, có thể được chuyển đổi trở lại thành nhiên liệu hữu ích một cách bền vững. Một cách đầy hứa hẹn để chuyển đổi khí thải CO2 thành nguyên liệu nhiên liệu là một quá trình gọi là giảm điện hóa. Nhưng để có khả năng thương mại, quy trình cần được cải thiện để chọn hoặc sản xuất các sản phẩm giàu carbon mong muốn hơn. Bây giờ, như đã báo cáo trong Tạp chí Nature Energy, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley) đã phát triển một phương pháp mới để cải thiện bề mặt của chất xúc tác đồng được sử dụng cho phản ứng phụ trợ, do đó làm tăng tính chọn lọc của quá trình.
Mặc dù chúng tôi biết rằng đồng là chất xúc tác tốt nhất cho phản ứng này, nhưng nó không cung cấp tính chọn lọc cao cho sản phẩm mong muốn. Chính tả nói. Nhóm của chúng tôi nhận thấy rằng bạn có thể sử dụng môi trường địa phương của chất xúc tác để thực hiện các thủ thuật khác nhau để cung cấp loại chọn lọc này.
Trong các nghiên cứu trước đây, các nhà nghiên cứu đã thiết lập các điều kiện chính xác để cung cấp môi trường điện và hóa học tốt nhất để tạo ra các sản phẩm giàu carbon có giá trị thương mại. Nhưng những điều kiện này trái với các điều kiện xảy ra tự nhiên trong các tế bào nhiên liệu điển hình sử dụng vật liệu dẫn điện dựa trên nước.
Để xác định thiết kế có thể được sử dụng trong môi trường nước pin nhiên liệu, như là một phần của dự án Trung tâm Đổi mới Năng lượng của Bộ Năng lượng Liên minh Năng lượng Liên minh Sunshine, Bell và nhóm của ông đã chuyển sang một lớp ionomer mỏng, cho phép một số phân tử tích điện (ion) đi qua. Loại trừ các ion khác. Do tính chất hóa học có tính chọn lọc cao, chúng đặc biệt phù hợp để có tác động mạnh mẽ đến môi trường vi mô.
Chanyeon Kim, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong nhóm Bell và là tác giả đầu tiên của bài báo, đề xuất phủ lên bề mặt của các chất xúc tác đồng với hai ionomer thông thường, Nafion và Sustainion. Nhóm nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết rằng làm như vậy nên thay đổi môi trường gần chất xúc tác, bao gồm cả pH và lượng nước và carbon dioxide, theo một cách nào đó để hướng phản ứng sản xuất các sản phẩm giàu carbon có thể dễ dàng chuyển đổi thành các hóa chất hữu ích. Sản phẩm và nhiên liệu lỏng.
Các nhà nghiên cứu đã áp dụng một lớp mỏng của mỗi ionomer và hai lớp hai ionomers cho một màng đồng được hỗ trợ bởi một vật liệu polymer để tạo thành một màng, chúng có thể chèn gần một đầu của một tế bào điện hóa hình tay. Khi tiêm carbon dioxide vào pin và áp dụng điện áp, họ đã đo tổng dòng điện chảy qua pin. Sau đó, họ đo khí và chất lỏng thu thập trong hồ chứa liền kề trong quá trình phản ứng. Đối với trường hợp hai lớp, họ phát hiện ra rằng các sản phẩm giàu carbon chiếm 80% năng lượng được tiêu thụ bởi phản ứng cao hơn 60% trong trường hợp không tráng phủ.
Lớp phủ bánh sandwich này cung cấp tốt nhất cho cả hai thế giới: tính chọn lọc sản phẩm cao và hoạt động cao, ông Bell Bell nói. Bề mặt hai lớp không chỉ tốt cho các sản phẩm giàu carbon mà còn tạo ra dòng điện mạnh cùng một lúc, cho thấy sự gia tăng hoạt động.
Các nhà nghiên cứu kết luận rằng phản ứng cải thiện là kết quả của nồng độ CO2 cao tích lũy trong lớp phủ trực tiếp trên đầu của đồng. Ngoài ra, các phân tử tích điện âm tích lũy trong khu vực giữa hai ionomers sẽ tạo ra độ axit cục bộ thấp hơn. Sự kết hợp này bù đắp sự đánh đổi nồng độ có xu hướng xảy ra trong trường hợp không có màng ionomer.
Để cải thiện hơn nữa hiệu quả của phản ứng, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang một công nghệ đã được chứng minh trước đây không yêu cầu màng ionomer như một phương pháp khác để tăng điện áp CO2 và pH: xung. Bằng cách áp dụng điện áp xung cho lớp phủ ionomer hai lớp, các nhà nghiên cứu đã đạt được sự gia tăng 250% các sản phẩm giàu carbon so với điện áp và điện áp tĩnh không tráng.
Mặc dù một số nhà nghiên cứu tập trung công việc của họ vào sự phát triển của các chất xúc tác mới, việc phát hiện ra chất xúc tác không tính đến các điều kiện hoạt động. Kiểm soát môi trường trên bề mặt chất xúc tác là một phương pháp mới và khác nhau.
Adam Weber, một kỹ sư cao cấp cho biết, chúng tôi đã không đưa ra một chất xúc tác hoàn toàn mới, nhưng đã sử dụng sự hiểu biết của chúng tôi về động học phản ứng và sử dụng kiến ​​thức này để hướng dẫn chúng tôi suy nghĩ về cách thay đổi môi trường của trang web chất xúc tác, ông Adam Weber, một kỹ sư cao cấp cho biết. Các nhà khoa học trong lĩnh vực công nghệ năng lượng tại Phòng thí nghiệm Berkeley và đồng tác giả của các bài báo.
Bước tiếp theo là mở rộng sản xuất các chất xúc tác tráng. Các thí nghiệm sơ bộ của nhóm phòng thí nghiệm Berkeley liên quan đến các hệ thống mô hình phẳng nhỏ, đơn giản hơn nhiều so với các cấu trúc xốp diện tích lớn cần thiết cho các ứng dụng thương mại. Không khó để áp dụng một lớp phủ trên bề mặt phẳng. Nhưng các phương pháp thương mại có thể liên quan đến việc phủ những quả bóng đồng nhỏ, ông Bell Bell nói. Thêm một lớp lớp thứ hai trở thành thách thức. Một khả năng là trộn và gửi hai lớp phủ với nhau trong một dung môi và hy vọng rằng chúng tách ra khi dung môi bay hơi. Nếu họ không? Bell kết luận: Chúng tôi chỉ cần thông minh hơn. Tham khảo Kim C, Bùi JC, Luo X và những người khác. Môi trường vi mô chất xúc tác tùy chỉnh để giảm điện CO2 sang các sản phẩm đa carbon bằng cách sử dụng lớp phủ ionomer hai lớp trên đồng. Năng lượng Nat. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Bài viết này được sao chép từ các tài liệu sau đây. Lưu ý: Tài liệu có thể đã được chỉnh sửa cho độ dài và nội dung. Để biết thêm thông tin, xin vui lòng liên hệ với nguồn được trích dẫn.