Šis raksts ir pārskatīts saskaņā ar Science X redakcijas procedūrām un politiku. Redaktori, nodrošinot satura integritāti, ir uzsvēruši šādas īpašības:
Oglekļa dioksīds (CO2) ir gan būtisks resurss dzīvībai uz Zemes, gan siltumnīcefekta gāze, kas veicina globālo sasilšanu. Mūsdienās zinātnieki pēta oglekļa dioksīdu kā daudzsološu resursu atjaunojamu, zema oglekļa satura degvielu un augstas vērtības ķīmisko produktu ražošanai.
Pētnieku uzdevums ir noteikt efektīvus un rentablus veidus, kā oglekļa dioksīdu pārvērst augstas kvalitātes oglekļa starpproduktos, piemēram, oglekļa monoksīdā, metanolā vai skudrskābē.
Pētnieku komanda, kuru vadīja Nacionālās atjaunojamās enerģijas laboratorijas (NREL) pārstāvis K. K. Neuerlins, un līdzstrādnieki Argonnas Nacionālajā laboratorijā un Oukridžas Nacionālajā laboratorijā ir atraduši daudzsološu risinājumu šai problēmai. Komanda izstrādāja konversijas metodi skudrskābes ražošanai no oglekļa dioksīda, izmantojot atjaunojamo elektroenerģiju ar augstu energoefektivitāti un izturību.
Pētījums ar nosaukumu "Mērogojama membrānas elektrodu montāžas arhitektūra efektīvai oglekļa dioksīda elektroķīmiskai pārveidošanai par skudrskābi" tika publicēts žurnālā Nature Communications.
Skudrskābe ir potenciāls ķīmiskais starpprodukts ar plašu pielietojumu klāstu, īpaši kā izejviela ķīmiskajā vai bioloģiskajā rūpniecībā. Skudrskābe ir identificēta arī kā izejviela biorafinēšanai tīras aviācijas degvielas iegūšanai.
CO2 elektrolīzes rezultātā CO2 tiek reducēts līdz ķīmiskiem starpproduktiem, piemēram, skudrskābei, vai molekulām, piemēram, etilēnam, kad elektrolīzes šūnai tiek pielikts elektriskais potenciāls.
Elektrolizatora membrānas-elektroda mezgls (MEA) parasti sastāv no jonu vadošas membrānas (katjonu vai anjonu apmaiņas membrānas), kas atrodas starp diviem elektrodiem, kas sastāv no elektrokatalizatora un jonu vadoša polimēra.
Izmantojot komandas pieredzi degvielas elementu tehnoloģijās un ūdeņraža elektrolīzē, viņi pētīja vairākas MEA konfigurācijas elektrolītiskajās šūnās, lai salīdzinātu CO2 elektroķīmisko reducēšanu līdz skudrskābei.
Balstoties uz dažādu konstrukciju atteices analīzi, komanda centās izmantot esošo materiālu kopu ierobežojumus, jo īpaši jonu atgrūšanas trūkumu pašreizējās anjonu apmaiņas membrānās, un vienkāršot kopējo sistēmas konstrukciju.
NREL izgudrojums, ko izstrādāja K. S. Neierlins un Leimings Hu, bija uzlabots MEA elektrolizators, kurā izmantota jauna perforēta katjonu apmaiņas membrāna. Šī perforētā membrāna nodrošina vienmērīgu, ļoti selektīvu skudrskābes ražošanu un vienkāršo konstrukciju, izmantojot standarta komponentus.
“Šī pētījuma rezultāti atspoguļo paradigmas maiņu organisko skābju, piemēram, skudrskābes, elektroķīmiskajā ražošanā,” sacīja līdzautors Neierlins. “Perforētā membrānas struktūra samazina iepriekšējo konstrukciju sarežģītību un to var izmantot arī, lai uzlabotu citu elektroķīmisko oglekļa dioksīda pārveidošanas ierīču energoefektivitāti un izturību.”
Tāpat kā jebkura zinātniska atklājuma gadījumā, ir svarīgi izprast izmaksu faktorus un ekonomisko iespējamību. Strādājot dažādās nodaļās, NREL pētnieki Dže Huans un Tao Lins prezentēja tehnoloģiski ekonomisko analīzi, kurā tika identificēti veidi, kā panākt izmaksu līdzvērtību ar mūsdienu rūpnieciskajiem skudrskābes ražošanas procesiem, ja atjaunojamās elektroenerģijas izmaksas ir 2,3 centi par kilovatstundu vai zemākas.
"Komanda šos rezultātus sasniedza, izmantojot komerciāli pieejamus katalizatorus un polimēru membrānas materiālus, vienlaikus izveidojot MEA dizainu, kas izmanto mūsdienu degvielas elementu un ūdeņraža elektrolīzes iekārtu mērogojamību," sacīja Neierlins.
"Šī pētījuma rezultāti varētu palīdzēt pārveidot oglekļa dioksīdu degvielā un ķīmiskās vielās, izmantojot atjaunojamo elektroenerģiju un ūdeņradi, paātrinot pāreju uz mērogošanu un komercializāciju."
Elektroķīmiskās konversijas tehnoloģijas ir NREL programmas “Elektroni molekulās” pamatelements, kas koncentrējas uz nākamās paaudzes atjaunojamo ūdeņradi, nulles degvielām, ķīmiskām vielām un materiāliem elektriski vadāmiem procesiem.
“Mūsu programma pēta veidus, kā izmantot atjaunojamo elektroenerģiju, lai pārveidotu tādas molekulas kā oglekļa dioksīds un ūdens savienojumos, kas var kalpot kā enerģijas avoti,” sacīja Rendijs Kortraits, NREL elektronu pārneses un/vai prekursoru stratēģijas direktors degvielas vai ķīmisko vielu ražošanai.”
"Šis elektroķīmiskās konversijas pētījums sniedz izrāvienu, ko var izmantot dažādos elektroķīmiskās konversijas procesos, un mēs ceram uz daudzsološākiem rezultātiem no šīs grupas."
Papildinformācija: Leiming Hu et al., Mērogojama membrānas elektrodu montāžas arhitektūra efektīvai CO2 elektroķīmiskai pārveidošanai par skudrskābi, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Ja pamanāt drukas kļūdu, neprecizitāti vai vēlaties iesniegt pieprasījumu rediģēt saturu šajā lapā, lūdzu, izmantojiet šo veidlapu. Vispārīgiem jautājumiem, lūdzu, izmantojiet mūsu kontaktformu. Vispārīgām atsauksmēm izmantojiet tālāk redzamo publisko komentāru sadaļu (izpildiet norādījumus).
Jūsu atsauksmes mums ir ļoti svarīgas. Tomēr, ņemot vērā lielo ziņojumu skaitu, mēs nevaram garantēt personalizētu atbildi.
Jūsu e-pasta adrese tiek izmantota tikai, lai paziņotu adresātiem, kas nosūtīja e-pastu. Ne jūsu adrese, ne adresāta adrese netiks izmantota nekādiem citiem mērķiem. Jūsu ievadītā informācija tiks parādīta jūsu e-pastā un Tech Xplore to nekādā veidā nesaglabās.
Šī tīmekļa vietne izmanto sīkfailus, lai atvieglotu navigāciju, analizētu jūsu pakalpojumu lietošanu, apkopotu reklāmas personalizācijas datus un sniegtu saturu no trešajām pusēm. Izmantojot mūsu tīmekļa vietni, jūs apliecināt, ka esat izlasījis un sapratis mūsu Privātuma politiku un Lietošanas noteikumus.