नवीन तंत्रज्ञानामुळे कार्बन डायऑक्साइडचे द्रव इंधनात रूपांतर सुधारते

खालील फॉर्म भरा आणि आम्ही तुम्हाला “कार्बन डायऑक्साइडचे द्रव इंधनात रूपांतर करण्यासाठी नवीन तंत्रज्ञान सुधारणा” चे पीडीएफ आवृत्ती ईमेल करू.
कार्बन डायऑक्साइड (CO2) हे जीवाश्म इंधन आणि सर्वात सामान्य हरितगृह वायू जाळण्याचे उत्पादन आहे, जे शाश्वत पद्धतीने पुन्हा उपयुक्त इंधनात रूपांतरित केले जाऊ शकते. CO2 उत्सर्जनाचे इंधन कच्च्या मालात रूपांतर करण्याचा एक आशादायक मार्ग म्हणजे इलेक्ट्रोकेमिकल रिडक्शन नावाची प्रक्रिया. परंतु व्यावसायिकदृष्ट्या व्यवहार्य होण्यासाठी, अधिक इच्छित कार्बन-समृद्ध उत्पादने निवडण्यासाठी किंवा तयार करण्यासाठी ही प्रक्रिया सुधारणे आवश्यक आहे. आता, नेचर एनर्जी जर्नलमध्ये नोंदवल्याप्रमाणे, लॉरेन्स बर्कले नॅशनल लॅबोरेटरी (बर्कले लॅब) ने सहाय्यक अभिक्रियेसाठी वापरल्या जाणाऱ्या तांबे उत्प्रेरकाच्या पृष्ठभागावर सुधारणा करण्यासाठी एक नवीन पद्धत विकसित केली आहे, ज्यामुळे प्रक्रियेची निवडकता वाढते.
"या अभिक्रियेसाठी तांबे हा सर्वोत्तम उत्प्रेरक आहे हे आपल्याला माहित असले तरी, ते इच्छित उत्पादनासाठी उच्च निवडकता प्रदान करत नाही," असे बर्कले लॅबमधील रासायनिक विज्ञान विभागातील वरिष्ठ शास्त्रज्ञ आणि कॅलिफोर्निया विद्यापीठ, बर्कले येथील रासायनिक अभियांत्रिकीचे प्राध्यापक अॅलेक्सिस म्हणाले. स्पेल म्हणाले. "आमच्या टीमला असे आढळून आले की या प्रकारची निवडकता प्रदान करण्यासाठी तुम्ही उत्प्रेरकाच्या स्थानिक वातावरणाचा वापर विविध युक्त्या करण्यासाठी करू शकता."
मागील अभ्यासांमध्ये, संशोधकांनी व्यावसायिक मूल्यासह कार्बन-समृद्ध उत्पादने तयार करण्यासाठी सर्वोत्तम विद्युत आणि रासायनिक वातावरण प्रदान करण्यासाठी अचूक परिस्थिती स्थापित केली आहे. परंतु या परिस्थिती पाण्यावर आधारित वाहक पदार्थांचा वापर करून सामान्य इंधन पेशींमध्ये नैसर्गिकरित्या उद्भवणाऱ्या परिस्थितीच्या विरुद्ध आहेत.
ऊर्जा मंत्रालयाच्या लिक्विड सनशाइन अलायन्सच्या एनर्जी इनोव्हेशन सेंटर प्रकल्पाचा भाग म्हणून, इंधन सेल वॉटर वातावरणात वापरता येईल अशी रचना निश्चित करण्यासाठी, बेल आणि त्यांच्या टीमने आयनोमरच्या पातळ थराकडे वळले, जे काही चार्ज केलेले रेणू (आयन) त्यातून जाऊ देते. इतर आयन वगळा. त्यांच्या अत्यंत निवडक रासायनिक गुणधर्मांमुळे, ते सूक्ष्म पर्यावरणावर तीव्र प्रभाव पाडण्यासाठी विशेषतः योग्य आहेत.
बेल गटातील पोस्टडॉक्टरल संशोधक आणि पेपरचे पहिले लेखक चॅन्योन किम यांनी तांबे उत्प्रेरकांच्या पृष्ठभागावर दोन सामान्य आयनोमर, नॅफिओन आणि सस्टेनियन वापरून लेप करण्याचा प्रस्ताव मांडला. टीमने असे गृहीत धरले की असे केल्याने उत्प्रेरकाजवळील वातावरण - ज्यामध्ये पीएच आणि पाणी आणि कार्बन डायऑक्साइडचे प्रमाण समाविष्ट आहे - बदलले पाहिजे जेणेकरून अभिक्रिया कार्बन-समृद्ध उत्पादने तयार करण्यासाठी निर्देशित केली जाईल जी सहजपणे उपयुक्त रसायनांमध्ये रूपांतरित केली जाऊ शकतात. उत्पादने आणि द्रव इंधन.
संशोधकांनी प्रत्येक आयनोमरचा पातळ थर आणि दोन आयनोमरचा दुहेरी थर एका पॉलिमर मटेरियलने सपोर्ट केलेल्या तांब्याच्या फिल्मवर लावला आणि एक फिल्म तयार केली, जी ते हाताने आकाराच्या इलेक्ट्रोकेमिकल सेलच्या एका टोकाजवळ घालू शकत होते. बॅटरीमध्ये कार्बन डायऑक्साइड इंजेक्ट करताना आणि व्होल्टेज लागू करताना, त्यांनी बॅटरीमधून वाहणाऱ्या एकूण विद्युत प्रवाहाचे मोजमाप केले. नंतर त्यांनी अभिक्रियेदरम्यान शेजारच्या जलाशयात गोळा झालेला वायू आणि द्रव मोजला. दोन-स्तरीय केससाठी, त्यांना आढळले की कार्बन-समृद्ध उत्पादने अभिक्रियेद्वारे वापरल्या जाणाऱ्या उर्जेच्या 80% साठी वाटा उचलतात - अनकोटेड केसमध्ये 60% पेक्षा जास्त.
"हे सँडविच कोटिंग दोन्ही जगातील सर्वोत्तम प्रदान करते: उच्च उत्पादन निवडकता आणि उच्च क्रियाकलाप," बेल म्हणाले. दुहेरी-स्तर पृष्ठभाग केवळ कार्बन-समृद्ध उत्पादनांसाठीच चांगले नाही तर त्याच वेळी एक मजबूत प्रवाह देखील निर्माण करते, जे क्रियाकलापांमध्ये वाढ दर्शवते.
संशोधकांनी असा निष्कर्ष काढला की सुधारित प्रतिसाद हा तांब्याच्या वरच्या थरात थेट जमा झालेल्या उच्च CO2 सांद्रतेचा परिणाम होता. याव्यतिरिक्त, दोन आयनोमर्समधील प्रदेशात जमा होणारे नकारात्मक चार्ज केलेले रेणू कमी स्थानिक आम्लता निर्माण करतील. हे संयोजन आयनोमर फिल्म्सच्या अनुपस्थितीत होणाऱ्या एकाग्रता व्यापार-ऑफची भरपाई करते.
प्रतिक्रियेची कार्यक्षमता आणखी सुधारण्यासाठी, संशोधकांनी पूर्वी सिद्ध झालेल्या तंत्रज्ञानाकडे वळले ज्यामध्ये CO2 आणि pH वाढवण्यासाठी आयनोमर फिल्मची आवश्यकता नसते: स्पंदित व्होल्टेज. दुहेरी-स्तरीय आयनोमर कोटिंगवर स्पंदित व्होल्टेज लागू करून, संशोधकांनी अनकोटेड कॉपर आणि स्टॅटिक व्होल्टेजच्या तुलनेत कार्बन-समृद्ध उत्पादनांमध्ये 250% वाढ साध्य केली.
जरी काही संशोधक त्यांचे काम नवीन उत्प्रेरकांच्या विकासावर केंद्रित करतात, परंतु उत्प्रेरकाचा शोध ऑपरेटिंग परिस्थिती विचारात घेत नाही. उत्प्रेरकाच्या पृष्ठभागावरील वातावरण नियंत्रित करणे ही एक नवीन आणि वेगळी पद्धत आहे.
"आम्ही पूर्णपणे नवीन उत्प्रेरक घेऊन आलो नाही, परंतु प्रतिक्रिया गतीशास्त्राच्या आमच्या समजुतीचा वापर केला आणि उत्प्रेरक साइटचे वातावरण कसे बदलायचे याबद्दल विचार करण्यासाठी या ज्ञानाचा वापर केला," असे वरिष्ठ अभियंता अॅडम वेबर म्हणाले. बर्कले प्रयोगशाळांमधील ऊर्जा तंत्रज्ञान क्षेत्रातील शास्त्रज्ञ आणि पेपर्सचे सह-लेखक.
पुढचे पाऊल म्हणजे लेपित उत्प्रेरकांचे उत्पादन वाढवणे. बर्कले लॅब टीमच्या प्राथमिक प्रयोगांमध्ये लहान सपाट मॉडेल सिस्टमचा समावेश होता, जे व्यावसायिक अनुप्रयोगांसाठी आवश्यक असलेल्या मोठ्या-क्षेत्रीय सच्छिद्र संरचनांपेक्षा खूपच सोपे होते. "सपाट पृष्ठभागावर लेप लावणे कठीण नाही. परंतु व्यावसायिक पद्धतींमध्ये लहान तांब्याच्या गोळ्यांचा लेप समाविष्ट असू शकतो," बेल म्हणाले. लेपचा दुसरा थर जोडणे आव्हानात्मक बनते. एक शक्यता म्हणजे दोन्ही कोटिंग्ज एका सॉल्व्हेंटमध्ये एकत्र मिसळणे आणि जमा करणे आणि सॉल्व्हेंट बाष्पीभवन झाल्यावर ते वेगळे होतील अशी आशा करणे. जर ते तसे झाले नाही तर काय? बेलने निष्कर्ष काढला: "आपल्याला फक्त हुशार असणे आवश्यक आहे." किम सी, बुई जेसी, लुओ एक्स आणि इतरांचा संदर्भ घ्या. तांब्यावर डबल-लेयर आयनोमर कोटिंग वापरून CO2 चे इलेक्ट्रो-कमी करण्यासाठी कस्टमाइज्ड कॅटॅलिस्ट सूक्ष्म पर्यावरण. नॅट एनर्जी. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
हा लेख खालील साहित्यावरून पुनरुत्पादित केला आहे. टीप: साहित्याची लांबी आणि मजकूर कमी असल्याने संपादित केले गेले असावे. अधिक माहितीसाठी, कृपया उद्धृत स्रोताशी संपर्क साधा.