Гэты артыкул быў рэцэнзаваны ў адпаведнасці з рэдакцыйнымі працэдурамі і палітыкай часопіса Science X. Рэдактары падкрэслілі наступныя якасці, забяспечваючы пры гэтым цэласнасць зместу:
Вуглякіслы газ (CO2) з'яўляецца як неабходным рэсурсам для жыцця на Зямлі, так і парніковым газам, які спрыяе глабальнаму пацяпленню. Сёння навукоўцы вывучаюць вуглякіслы газ як перспектыўны рэсурс для вытворчасці аднаўляльных нізкавугляродных відаў паліва і высокакаштоўных хімічных прадуктаў.
Задача даследчыкаў заключаецца ў тым, каб вызначыць эфектыўныя і эканамічна выгадныя спосабы пераўтварэння вуглякіслага газу ў высакаякасныя вугляродныя прамежкавыя прадукты, такія як аксід вугляроду, метанол або мурашыная кіслата.
Даследчая група пад кіраўніцтвам К. К. Нойерліна з Нацыянальнай лабараторыі аднаўляльных крыніц энергіі (NREL) і супрацоўнікаў з Аргонскай нацыянальнай лабараторыі і Оўк-Рыджскай нацыянальнай лабараторыі знайшла перспектыўнае рашэнне гэтай праблемы. Каманда распрацавала метад пераўтварэння для атрымання мурашынай кіслаты з вуглякіслага газу з выкарыстаннем аднаўляльнай электраэнергіі з высокай энергаэфектыўнасцю і даўгавечнасцю.
Даследаванне пад назвай «Маштабуемая архітэктура зборкі мембранных электродаў для эфектыўнага электрахімічнага пераўтварэння вуглякіслага газу ў мурашыную кіслату» было апублікавана ў часопісе Nature Communications.
Мурашыная кіслата — гэта патэнцыйны хімічны прамежкавы прадукт з шырокім спектрам прымянення, асабліва ў якасці сыравіны ў хімічнай або біялагічнай прамысловасці. Мурашыная кіслата таксама была вызначана як сыравіна для біярафінавання ў чыстае авіяцыйнае паліва.
Электроліз CO2 прыводзіць да аднаўлення CO2 да хімічных прамежкавых прадуктаў, такіх як мурашыная кіслата, або малекул, такіх як этылен, калі да электралітычнай ячэйкі прыкладваецца электрычны патэнцыял.
Мембранна-электродны вузел (MEA) у электралізеры звычайна складаецца з іонаправоднай мембраны (катыённай або аніёнаабменнай мембраны), размешчанай паміж двума электродамі, якія складаюцца з электракаталізатара і іонаправоднага палімера.
Выкарыстоўваючы вопыт каманды ў галіне тэхналогій паліўных элементаў і электралізу вадароду, яны вывучылі некалькі канфігурацый MEA ў электралітычных элементах, каб параўнаць электрахімічнае аднаўленне CO2 да мурашынай кіслаты.
Абапіраючыся на аналіз адмоваў розных канструкцый, каманда імкнулася выкарыстаць абмежаванні існуючых матэрыялаў, у прыватнасці, адсутнасць іённага адторгнення ў сучасных аніёнаабменных мембранах, і спрасціць агульную канструкцыю сістэмы.
Вынаходніцтвам К. С. Нейерліна і Леймінга Ху з NREL быў удасканалены электралізер MEA з выкарыстаннем новай перфараванай катыёнаабменнай мембраны. Гэтая перфараваная мембрана забяспечвае паслядоўную, высокаселектыўную вытворчасць мурашынай кіслаты і спрашчае канструкцыю дзякуючы выкарыстанню гатовых кампанентаў.
«Вынікі гэтага даследавання ўяўляюць сабой змену парадыгмы ў электрахімічнай вытворчасці арганічных кіслот, такіх як мурашыная кіслата», — сказаў суаўтар Нейерлін. «Перфараваная мембранная структура змяншае складанасць папярэдніх канструкцый, а таксама можа быць выкарыстана для павышэння энергаэфектыўнасці і даўгавечнасці іншых прылад электрахімічнага пераўтварэння вуглякіслага газу».
Як і ў выпадку з любым навуковым прарывам, важна разумець фактары выдаткаў і эканамічную мэтазгоднасць. Працуючы ў розных аддзелах, даследчыкі NREL Чжэ Хуан і Тао Лін прадставілі тэхніка-эканамічны аналіз, у якім вызначаны шляхі дасягнення парытэту выдаткаў з сучаснымі прамысловымі працэсамі вытворчасці мурашынай кіслаты, калі кошт аднаўляльнай электраэнергіі складае 2,3 цэнта за кілават-гадзіну або ніжэй.
«Каманда дасягнула гэтых вынікаў, выкарыстоўваючы камерцыйна даступныя каталізатары і палімерныя мембранныя матэрыялы, адначасова ствараючы канструкцыю MEA, якая выкарыстоўвае маштабаванасць сучасных паліўных элементаў і заводаў па электралізе вадароду», — сказаў Нейерлін.
«Вынікі гэтага даследавання могуць дапамагчы пераўтварыць вуглякіслы газ у паліва і хімічныя рэчывы з выкарыстаннем аднаўляльнай электраэнергіі і вадароду, паскорыць пераход да маштабавання і камерцыялізацыі».
Тэхналогіі электрахімічнага пераўтварэння з'яўляюцца асноўным элементам праграмы NREL "Электроны ў малекулы", якая сканцэнтравана на аднаўляльным вадародзе наступнага пакалення, нулявом паліве, хімікатах і матэрыялах для электрычна кіраваных працэсаў.
«Наша праграма даследуе спосабы выкарыстання аднаўляльнай электраэнергіі для пераўтварэння такіх малекул, як вуглякіслы газ і вада, у злучэнні, якія могуць служыць крыніцамі энергіі», — сказаў Рэндзі Кортрайт, дырэктар NREL па пераносе электронаў і/або стратэгіі папярэднікаў для вытворчасці паліва або хімічных рэчываў.
«Гэта даследаванне ў галіне электрахімічнага пераўтварэння з'яўляецца прарывам, які можа быць выкарыстаны ў шэрагу працэсаў электрахімічнага пераўтварэння, і мы з нецярпеннем чакаем больш перспектыўных вынікаў ад гэтай групы».
Дадатковая інфармацыя: Leiming Hu et al., Маштабуемая архітэктура зборкі мембраннага электрода для эфектыўнага электрахімічнага пераўтварэння CO2 у мурашыную кіслату, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Калі вы сутыкнуліся з памылкай друку, недакладнасцю або жадаеце адправіць запыт на рэдагаванне зместу на гэтай старонцы, калі ласка, скарыстайцеся гэтай формай. Па агульных пытаннях, калі ласка, скарыстайцеся нашай кантактнай формай. Для агульных водгукаў скарыстайцеся раздзелам публічных каментарыяў ніжэй (выконвайце інструкцыі).
Ваша меркаванне вельмі важнае для нас. Аднак з-за вялікай колькасці паведамленняў мы не можам гарантаваць персаналізаваны адказ.
Ваш адрас электроннай пошты выкарыстоўваецца толькі для таго, каб паведаміць атрымальнікам, хто адправіў ліст. Ні ваш адрас, ні адрас атрымальніка не будуць выкарыстоўвацца для якіх-небудзь іншых мэтаў. Уведзеная вамі інфармацыя будзе адлюстроўвацца ў вашым лісце і не будзе захоўвацца Tech Xplore ні ў якой форме.
Гэты вэб-сайт выкарыстоўвае файлы cookie для палягчэння навігацыі, аналізу выкарыстання вамі нашых паслуг, збору персаналізаваных рэкламных дадзеных і прадастаўлення кантэнту ад трэціх асоб. Карыстаючыся нашым вэб-сайтам, вы пацвярджаеце, што прачыталі і зразумелі нашу Палітыку прыватнасці і Умовы карыстання.