नवीन तंत्रज्ञानामुळे कार्बन डायऑक्साइडचे द्रव इंधनात होणारे रूपांतर सुधारते.

खालील फॉर्म भरा आणि आम्ही तुम्हाला “कार्बन डायऑक्साइडचे द्रव इंधनात रूपांतर करण्यासाठी नवीन तंत्रज्ञान सुधारणा” याची PDF आवृत्ती ईमेल करू.
कार्बन डायऑक्साइड (CO2) हा जीवाश्म इंधन जाळल्याने निर्माण होणारा वायू आणि सर्वात सामान्य हरितगृह वायू आहे, ज्याचे शाश्वत पद्धतीने पुन्हा उपयुक्त इंधनांमध्ये रूपांतर केले जाऊ शकते. CO2 उत्सर्जनाचे इंधन कच्च्या मालामध्ये रूपांतर करण्याचा एक आशादायक मार्ग म्हणजे इलेक्ट्रोकेमिकल रिडक्शन नावाची प्रक्रिया. परंतु व्यावसायिकदृष्ट्या व्यवहार्य होण्यासाठी, अधिक इष्ट कार्बन-समृद्ध उत्पादने निवडण्याकरिता किंवा तयार करण्याकरिता या प्रक्रियेत सुधारणा करणे आवश्यक आहे. आता, 'नेचर एनर्जी' या जर्नलमध्ये प्रसिद्ध झालेल्या वृत्तानुसार, लॉरेन्स बर्कले नॅशनल लॅबोरेटरीने (बर्कले लॅब) सहायक अभिक्रियेसाठी वापरल्या जाणाऱ्या तांब्याच्या उत्प्रेरकाचा पृष्ठभाग सुधारण्याची एक नवीन पद्धत विकसित केली आहे, ज्यामुळे प्रक्रियेची निवडक्षमता वाढते.
"या अभिक्रियेसाठी तांबे हा सर्वोत्तम उत्प्रेरक आहे हे आपल्याला माहीत असले तरी, तो अपेक्षित उत्पादनासाठी उच्च निवडक्षमता देत नाही," असे बर्कले लॅबच्या रासायनिक विज्ञान विभागातील वरिष्ठ शास्त्रज्ञ आणि कॅलिफोर्निया विद्यापीठ, बर्कले येथील रासायनिक अभियांत्रिकीचे प्राध्यापक ॲलेक्सिस स्पेल म्हणाले. "आमच्या टीमला असे आढळले आहे की, या प्रकारची निवडक्षमता मिळवण्यासाठी उत्प्रेरकाच्या स्थानिक परिसराचा वापर करून विविध युक्त्या करता येतात."
मागील अभ्यासांमध्ये, संशोधकांनी व्यावसायिक मूल्य असलेली कार्बन-समृद्ध उत्पादने तयार करण्यासाठी सर्वोत्तम विद्युत आणि रासायनिक वातावरण प्रदान करण्याकरिता अचूक परिस्थिती स्थापित केली आहे. परंतु ही परिस्थिती, पाण्यावर आधारित प्रवाहकीय पदार्थ वापरणाऱ्या सामान्य इंधन पेशींमध्ये नैसर्गिकरित्या आढळणाऱ्या परिस्थितीच्या विरुद्ध आहे.
इंधन सेलच्या जल-परिवेशात वापरता येईल अशी रचना निश्चित करण्यासाठी, ऊर्जा मंत्रालयाच्या 'लिक्विड सनशाईन अलायन्स'च्या 'एनर्जी इनोव्हेशन सेंटर' प्रकल्पांतर्गत, बेल आणि त्यांच्या टीमने आयोनोमरच्या एका पातळ थराचा वापर केला. हा थर विशिष्ट प्रभारित रेणूंना (आयन्सना) आरपार जाऊ देतो आणि इतर आयनांना बाहेर ठेवतो. त्यांच्या अत्यंत निवडक रासायनिक गुणधर्मांमुळे, ते सूक्ष्म-परिवेशावर तीव्र प्रभाव टाकण्यासाठी विशेषतः योग्य ठरतात.
बेल ग्रुपमधील पोस्टडॉक्टरल संशोधक आणि या शोधनिबंधाच्या पहिल्या लेखिका, चॅनयॉन किम यांनी तांब्याच्या उत्प्रेरकांच्या पृष्ठभागावर नॅफिऑन आणि सस्टेनिऑन या दोन सामान्य आयोनोमर्सचा लेप लावण्याचा प्रस्ताव मांडला. या टीमने असा तर्क मांडला की, असे केल्याने उत्प्रेरकाजवळील वातावरणात—ज्यात pH आणि पाणी व कार्बन डायऑक्साइडचे प्रमाण यांचा समावेश आहे—अशा प्रकारे बदल होईल की, अभिक्रिया कार्बन-समृद्ध उत्पादने तयार करण्याकडे वळेल, ज्यांचे सहजपणे उपयुक्त रसायने आणि द्रव इंधनांमध्ये रूपांतर करता येईल.
संशोधकांनी पॉलिमर पदार्थाने आधारलेल्या तांब्याच्या फिल्मवर प्रत्येक आयोनोमरचा एक पातळ थर आणि दोन आयोनोमरचे दुहेरी थर लावून एक फिल्म तयार केली, जी ते हाताच्या आकाराच्या इलेक्ट्रोकेमिकल सेलच्या एका टोकाजवळ ठेवू शकले. बॅटरीमध्ये कार्बन डायऑक्साइड टाकून आणि व्होल्टेज लागू करून, त्यांनी बॅटरीमधून वाहणाऱ्या एकूण विद्युत प्रवाहाचे मोजमाप केले. त्यानंतर त्यांनी अभिक्रियेदरम्यान जवळच्या जलाशयात जमा झालेल्या वायू आणि द्रवाचे मोजमाप केले. दुहेरी थराच्या बाबतीत, त्यांना असे आढळले की अभिक्रियेत वापरल्या गेलेल्या ऊर्जेपैकी ८०% ऊर्जा कार्बन-समृद्ध उत्पादनांमुळे मिळाली होती—जी थर न लावलेल्या बाबतीतल्या ६०% पेक्षा जास्त होती.
"हे सँडविच कोटिंग दोन्ही गोष्टी साधते: उच्च उत्पादन निवडक्षमता आणि उच्च क्रियाशीलता," असे बेल म्हणाले. दुहेरी-थराचा पृष्ठभाग केवळ कार्बन-समृद्ध उत्पादनांसाठीच चांगला नाही, तर त्याच वेळी एक मजबूत विद्युत प्रवाह देखील निर्माण करतो, जो क्रियाशीलतेत वाढ दर्शवतो.
संशोधकांनी असा निष्कर्ष काढला की, तांब्याच्या थेट वर असलेल्या लेपामध्ये साचलेल्या उच्च CO2 सांद्रतेमुळे प्रतिसादात सुधारणा झाली. याव्यतिरिक्त, दोन आयोनोमर्सच्या मधल्या भागात जमा होणारे ऋणभारित रेणू स्थानिक आम्लता कमी करतात. हे संयोजन आयोनोमर फिल्म्सच्या अनुपस्थितीत होणाऱ्या सांद्रतेच्या तडजोडींना संतुलित करते.
अभिक्रियेची कार्यक्षमता आणखी सुधारण्यासाठी, संशोधकांनी CO2 आणि pH वाढवण्याची दुसरी पद्धत म्हणून, आयोनोमर फिल्मची आवश्यकता नसलेल्या एका पूर्वीच सिद्ध झालेल्या तंत्रज्ञानाचा वापर केला: स्पंदित व्होल्टेज. दुहेरी-थराच्या आयोनोमर कोटिंगवर स्पंदित व्होल्टेज लागू करून, संशोधकांनी कोटिंग नसलेल्या तांब्याच्या आणि स्थिर व्होल्टेजच्या तुलनेत कार्बन-समृद्ध उत्पादनांमध्ये २५०% वाढ मिळवली.
जरी काही संशोधक नवीन उत्प्रेरकांच्या विकासावर आपले लक्ष केंद्रित करतात, तरी उत्प्रेरकाच्या शोधात कार्यान्वयन परिस्थिती विचारात घेतली जात नाही. उत्प्रेरकाच्या पृष्ठभागावरील वातावरण नियंत्रित करणे ही एक नवीन आणि वेगळी पद्धत आहे.
"आम्ही पूर्णपणे नवीन उत्प्रेरक तयार केला नाही, तर अभिक्रिया गतिकीच्या आमच्या समजाचा उपयोग केला आणि उत्प्रेरक स्थळाचे वातावरण कसे बदलावे याबद्दल विचार करण्यासाठी या ज्ञानाचा वापर केला," असे बर्कले लॅबोरेटरीजमधील ऊर्जा तंत्रज्ञान क्षेत्रातील वरिष्ठ अभियंता आणि शोधनिबंधांचे सह-लेखक अॅडम वेबर म्हणाले.
पुढील पायरी म्हणजे लेपित उत्प्रेरकांचे उत्पादन वाढवणे. बर्कले लॅब टीमच्या प्राथमिक प्रयोगांमध्ये लहान सपाट मॉडेल प्रणालींचा समावेश होता, ज्या व्यावसायिक उपयोगांसाठी आवश्यक असलेल्या मोठ्या-क्षेत्राच्या सच्छिद्र संरचनांपेक्षा खूपच सोप्या होत्या. “सपाट पृष्ठभागावर लेप लावणे अवघड नाही. पण व्यावसायिक पद्धतींमध्ये तांब्याच्या लहान गोळ्यांवर लेप लावण्याचा समावेश असू शकतो,” असे बेल म्हणाले. लेपाचा दुसरा थर लावणे आव्हानात्मक ठरते. एक शक्यता अशी आहे की, दोन्ही लेप एका द्रावकात एकत्र मिसळून जमा करावेत आणि द्रावक बाष्पीभवन झाल्यावर ते वेगळे होतील अशी आशा बाळगावी. पण जर ते वेगळे झाले नाहीत तर? बेल यांनी निष्कर्ष काढला: “आपल्याला फक्त अधिक हुशार होण्याची गरज आहे.” संदर्भ: किम सी, बुई जेसी, लुओ एक्स आणि इतर. तांब्यावर दुहेरी-थर आयोनोमर लेप वापरून CO2 च्या इलेक्ट्रो-रिडक्शनद्वारे बहु-कार्बन उत्पादनांमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी सानुकूलित उत्प्रेरक सूक्ष्म-पर्यावरण. नॅट एनर्जी. २०२१;६(११):१०२६-१०३४. doi:१०.१०३८/s४१५६०-०२१-००९२०-८
हा लेख खालील सामग्रीमधून पुनर्मुद्रित केला आहे. टीप: लांबी आणि आशयाच्या दृष्टीने सामग्रीमध्ये संपादन केलेले असू शकते. अधिक माहितीसाठी, कृपया नमूद केलेल्या स्रोताशी संपर्क साधा.