این مقاله مطابق با رویهها و سیاستهای ویراستاری Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن تضمین صحت محتوا، بر ویژگیهای زیر تأکید کردهاند:
دی اکسید کربن (CO2) هم یک منبع ضروری برای حیات روی زمین و هم یک گاز گلخانهای است که به گرمایش جهانی کمک میکند. امروزه دانشمندان در حال مطالعه دی اکسید کربن به عنوان یک منبع امیدوارکننده برای تولید سوختهای تجدیدپذیر، کم کربن و محصولات شیمیایی با ارزش بالا هستند.
چالش پیش روی محققان، شناسایی روشهای کارآمد و مقرونبهصرفه برای تبدیل دیاکسید کربن به واسطههای کربنی باکیفیت مانند مونوکسید کربن، متانول یا اسید فرمیک است.
یک تیم تحقیقاتی به رهبری کی. کی. نویرلین از آزمایشگاه ملی انرژیهای تجدیدپذیر (NREL) و همکارانش در آزمایشگاه ملی آرگون و آزمایشگاه ملی اوک ریج، راه حل امیدوارکنندهای برای این مشکل پیدا کردهاند. این تیم یک روش تبدیل برای تولید اسید فرمیک از دیاکسید کربن با استفاده از برق تجدیدپذیر با راندمان انرژی و دوام بالا توسعه دادهاند.
این مطالعه با عنوان «معماری مونتاژ الکترود غشایی مقیاسپذیر برای تبدیل الکتروشیمیایی کارآمد دیاکسید کربن به اسید فرمیک» در مجله Nature Communications منتشر شد.
اسید فرمیک یک واسطه شیمیایی بالقوه با طیف وسیعی از کاربردها، به ویژه به عنوان ماده اولیه در صنایع شیمیایی یا بیولوژیکی است. اسید فرمیک همچنین به عنوان ماده اولیه برای پالایش زیستی به سوخت پاک هواپیما شناسایی شده است.
الکترولیز CO2 منجر به کاهش CO2 به واسطههای شیمیایی مانند اسید فرمیک یا مولکولهایی مانند اتیلن میشود، زمانی که پتانسیل الکتریکی به سلول الکترولیتی اعمال میشود.
مجموعه غشاء-الکترود (MEA) در یک الکترولیز معمولاً از یک غشاء رسانای یونی (غشاء تبادل کاتیون یا آنیون) تشکیل شده است که بین دو الکترود متشکل از یک الکتروکاتالیست و یک پلیمر رسانای یونی قرار گرفته است.
با استفاده از تخصص این تیم در فناوریهای پیل سوختی و الکترولیز هیدروژن، آنها چندین پیکربندی MEA را در سلولهای الکترولیتی مطالعه کردند تا کاهش الکتروشیمیایی CO2 به اسید فرمیک را مقایسه کنند.
بر اساس تحلیل شکست طرحهای مختلف، این تیم تلاش کرد تا از محدودیتهای مجموعه مواد موجود، به ویژه عدم دفع یون در غشاهای تبادل آنیونی فعلی، بهرهبرداری کرده و طراحی کلی سیستم را ساده کند.
اختراع کی. اس. نیرلین و لیمینگ هو از NREL یک الکترولیزکننده MEA بهبود یافته با استفاده از یک غشای تبادل کاتیونی سوراخدار جدید بود. این غشای سوراخدار، تولید اسید فرمیک پایدار و بسیار گزینشپذیر را فراهم میکند و با استفاده از اجزای آماده، طراحی را ساده میکند.
نییرلین، یکی از نویسندگان این مقاله، گفت: «نتایج این مطالعه نشاندهندهی یک تغییر الگو در تولید الکتروشیمیایی اسیدهای آلی مانند اسید فرمیک است. ساختار غشای سوراخدار، پیچیدگی طرحهای قبلی را کاهش میدهد و همچنین میتواند برای بهبود راندمان انرژی و دوام سایر دستگاههای تبدیل دیاکسید کربن الکتروشیمیایی مورد استفاده قرار گیرد.»
همانند هر پیشرفت علمی، درک عوامل هزینه و امکانسنجی اقتصادی مهم است. ژ هوانگ و تائو لینگ، محققان NREL، با همکاری بخشهای مختلف، یک تحلیل فنی-اقتصادی ارائه دادند که راههایی را برای دستیابی به برابری هزینه با فرآیندهای تولید اسید فرمیک صنعتی امروزی، زمانی که هزینه برق تجدیدپذیر ۲.۳ سنت یا کمتر از آن در هر کیلووات ساعت است، شناسایی میکند.
نییرلین گفت: «این تیم با استفاده از کاتالیزورهای موجود در بازار و مواد غشای پلیمری، ضمن ایجاد یک طراحی MEA که از مقیاسپذیری سلولهای سوختی مدرن و کارخانههای الکترولیز هیدروژن بهره میبرد، به این نتایج دست یافت.»
«نتایج این تحقیق میتواند به تبدیل دیاکسید کربن به سوختها و مواد شیمیایی با استفاده از برق و هیدروژن تجدیدپذیر کمک کند و گذار به مقیاسپذیری و تجاریسازی را تسریع بخشد.»
فناوریهای تبدیل الکتروشیمیایی عنصر اصلی برنامه «الکترونها به مولکولها»ی NREL هستند که بر هیدروژن تجدیدپذیر نسل بعدی، سوختهای بدون آلایندگی، مواد شیمیایی و مواد برای فرآیندهای الکتریکی تمرکز دارد.
رندی کورترایت، مدیر استراتژی انتقال الکترون و/یا پیشسازهای NREL برای تولید سوخت یا مواد شیمیایی، گفت: «برنامه ما بررسی راههایی برای استفاده از برق تجدیدپذیر برای تبدیل مولکولهایی مانند دیاکسید کربن و آب به ترکیباتی است که میتوانند به عنوان منابع انرژی عمل کنند.»
«این تحقیق تبدیل الکتروشیمیایی، پیشرفتی را ارائه میدهد که میتواند در طیف وسیعی از فرآیندهای تبدیل الکتروشیمیایی مورد استفاده قرار گیرد و ما مشتاقانه منتظر نتایج امیدوارکنندهتری از این گروه هستیم.»
اطلاعات بیشتر: لیمینگ هو و همکاران، معماری مونتاژ الکترود غشایی مقیاسپذیر برای تبدیل الکتروشیمیایی کارآمد CO2 به اسید فرمیک، ارتباطات طبیعت (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
اگر با غلط املایی، بیدقتی مواجه شدید یا میخواهید درخواست ویرایش محتوا را در این صفحه ارسال کنید، لطفاً از این فرم استفاده کنید. برای سوالات عمومی، لطفاً از فرم تماس ما استفاده کنید. برای بازخورد عمومی، از بخش نظرات عمومی در زیر استفاده کنید (دستورالعملها را دنبال کنید).
بازخورد شما برای ما بسیار مهم است. با این حال، به دلیل حجم بالای پیامها، نمیتوانیم پاسخ شخصیسازیشده را تضمین کنیم.
آدرس ایمیل شما فقط برای اطلاعرسانی به گیرندگان ایمیل استفاده میشود. نه آدرس شما و نه آدرس گیرنده برای هیچ هدف دیگری استفاده نخواهد شد. اطلاعاتی که وارد میکنید در ایمیل شما نمایش داده میشود و به هیچ وجه توسط Tech Xplore ذخیره نخواهد شد.
این وبسایت از کوکیها برای تسهیل پیمایش، تجزیه و تحلیل استفاده شما از خدمات ما، جمعآوری دادههای شخصیسازی تبلیغات و ارائه محتوا از اشخاص ثالث استفاده میکند. با استفاده از وبسایت ما، شما تأیید میکنید که سیاست حفظ حریم خصوصی و شرایط استفاده ما را خوانده و متوجه شدهاید.
زمان ارسال: ۳۱ ژوئیه ۲۰۲۴