Бұл мақала Science X редакциялық процедуралары мен саясатына сәйкес қаралды. Редакторлар мазмұнның тұтастығын қамтамасыз ете отырып, келесі қасиеттерге баса назар аударды:
Көмірқышқыл газы (CO2) Жердегі тіршілік үшін маңызды ресурс және жаһандық жылынуға ықпал ететін парниктік газ болып табылады. Бүгінгі таңда ғалымдар көмірқышқыл газын жаңартылатын, төмен көміртекті отындар мен жоғары құнды химиялық өнімдерді өндіру үшін перспективалы ресурс ретінде зерттеп жатыр.
Зерттеушілер үшін көмірқышқыл газын көміртегі тотығы, метанол немесе құмырсқа қышқылы сияқты жоғары сапалы көміртегі аралық өнімдеріне айналдырудың тиімді және үнемді жолдарын анықтау міндеті тұр.
Ұлттық жаңартылатын энергия зертханасының (NREL) К.К. Нойерлин бастаған зерттеу тобы және Аргонн ұлттық зертханасы мен Оак-Ридж ұлттық зертханасының қызметкерлері бұл мәселенің перспективалы шешімін тапты. Топ жаңартылатын электр энергиясын пайдалана отырып, жоғары энергия тиімділігі мен беріктігі бар көмірқышқыл газынан құмырсқа қышқылын алудың түрлендіру әдісін әзірледі.
«Көмірқышқыл газын құмырсқа қышқылына тиімді электрохимиялық түрлендіруге арналған масштабталатын мембраналық электрод құрастыру архитектурасы» деп аталатын зерттеу Nature Communications журналында жарияланды.
Құмырсқа қышқылы - кең ауқымды қолданылуы бар, әсіресе химиялық немесе биологиялық салаларда шикізат ретінде қолданылатын химиялық аралық өнім. Құмырсқа қышқылы сонымен қатар таза авиациялық отынға биотазарту үшін шикізат ретінде анықталған.
СО2 электролизі электролиттік ұяшыққа электрлік потенциал қолданылған кезде СО2-нің құмырсқа қышқылы сияқты химиялық аралық өнімдерге немесе этилен сияқты молекулаларға тотықсыздануына әкеледі.
Электролизердегі мембраналық-электродты құрастыру (МЕА) әдетте электрокатализатор мен ион өткізгіш полимерден тұратын екі электродтың арасына орналастырылған ион өткізгіш мембранадан (катион немесе анион алмасу мембранасы) тұрады.
Команданың отын ұяшығы технологиялары мен сутегі электролизі саласындағы тәжірибесін пайдалана отырып, олар CO2-нің құмырсқа қышқылына дейін электрохимиялық тотықсыздануын салыстыру үшін электролиттік ұяшықтардағы бірнеше MEA конфигурацияларын зерттеді.
Әртүрлі конструкциялардың сәтсіздіктерін талдау негізінде, топ қолданыстағы материалдық жиынтықтардың шектеулерін, әсіресе ағымдағы анион алмасу мембраналарындағы иондарды қабылдамаудың болмауын пайдалануға және жалпы жүйенің дизайнын жеңілдетуге тырысты.
NREL компаниясынан К.С. Нейерлин мен Лейминг Худың өнертабысы жаңа перфорацияланған катион алмасу мембранасын пайдаланатын жетілдірілген MEA электролизері болды. Бұл перфорацияланған мембрана құмырсқа қышқылының тұрақты, жоғары селективті өндірісін қамтамасыз етеді және дайын компоненттерді пайдалану арқылы дизайнды жеңілдетеді.
«Бұл зерттеудің нәтижелері құмырсқа қышқылы сияқты органикалық қышқылдардың электрохимиялық өндірісіндегі парадигманың өзгеруін көрсетеді», - деді зерттеудің бірлескен авторы Нейерлин. «Терілген мембраналық құрылым бұрынғы жобалардың күрделілігін азайтады және басқа электрохимиялық көмірқышқыл газын түрлендіру құрылғыларының энергия тиімділігі мен беріктігін арттыру үшін де пайдаланылуы мүмкін».
Кез келген ғылыми жаңалық сияқты, шығын факторларын және экономикалық орындылығын түсіну маңызды. NREL зерттеушілері Чжэ Хуан мен Тао Лин әртүрлі бөлімдерде жұмыс істей отырып, жаңартылатын электр энергиясының құны киловатт-сағатына 2,3 цент немесе одан төмен болған кезде бүгінгі өнеркәсіптік құмырсқа қышқылын өндіру процестерімен шығындар тепе-теңдігіне қол жеткізу жолдарын анықтайтын техникалық-экономикалық талдауды ұсынды.
«Команда бұл нәтижелерге коммерциялық қолжетімді катализаторлар мен полимерлі мембраналық материалдарды пайдаланып қол жеткізді, сонымен қатар заманауи отын элементтері мен сутегі электролиз қондырғыларының масштабталуын пайдаланатын MEA дизайнын жасады», - деді Нейерлин.
«Бұл зерттеудің нәтижелері жаңартылатын электр энергиясы мен сутекті пайдалана отырып, көмірқышқыл газын отын мен химиялық заттарға айналдыруға, масштабтауға және коммерцияландыруға көшуді жеделдетуге көмектеседі».
Электрохимиялық түрлендіру технологиялары NREL-дің электрондардан молекулаларға бағдарламасының негізгі элементі болып табылады, ол келесі буын жаңартылатын сутегіге, нөлдік отынға, химиялық заттарға және электрлік процестерге арналған материалдарға бағытталған.
«Біздің бағдарламамыз көмірқышқыл газы мен су сияқты молекулаларды энергия көзі ретінде қызмет ете алатын қосылыстарға айналдыру үшін жаңартылатын электр энергиясын пайдалану жолдарын зерттеп жатыр», - деді NREL компаниясының электрондарды тасымалдау және/немесе отын өндіру немесе химиялық заттарға арналған прекурсорлар стратегиясының директоры Рэнди Кортрайт.
«Бұл электрохимиялық түрлендіруді зерттеу электрохимиялық түрлендіру процестерінің бірқатарында қолдануға болатын серпіліс береді және біз осы топтан одан да перспективалы нәтижелер күтеміз».
Қосымша ақпарат: Лейминг Ху және т.б., CO2-ні құмырсқа қышқылына тиімді электрохимиялық түрлендіруге арналған масштабталатын мембраналық электрод құрастыру архитектурасы, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Егер сіз қате, дәлсіздікке тап болсаңыз немесе осы беттегі мазмұнды өңдеуге өтініш бергіңіз келсе, осы форманы пайдаланыңыз. Жалпы сұрақтар бойынша біздің байланыс формамызды пайдаланыңыз. Жалпы пікірлер үшін төмендегі қоғамдық пікірлер бөлімін пайдаланыңыз (нұсқауларды орындаңыз).
Сіздің пікіріңіз біз үшін өте маңызды. Дегенмен, хабарламалардың көптігіне байланысты біз жеке жауап беруге кепілдік бере алмаймыз.
Сіздің электрондық пошта мекенжайыңыз тек электрондық хатты кім жібергенін алушыларға хабарлау үшін пайдаланылады. Сіздің мекенжайыңыз да, алушының мекенжайы да басқа мақсатта пайдаланылмайды. Сіз енгізген ақпарат электрондық поштаңызда пайда болады және Tech Xplore ешқандай түрде сақтамайды.
Бұл веб-сайт навигацияны жеңілдету, қызметтерімізді пайдалануыңызды талдау, жарнаманы жекелендіру деректерін жинау және үшінші тараптардан мазмұн ұсыну үшін cookie файлдарын пайдаланады. Біздің веб-сайтты пайдалану арқылы сіз біздің Құпиялылық саясатымыз бен Пайдалану шарттарын оқып, түсінгеніңізді растайсыз.