Þessi grein hefur verið yfirfarin í samræmi við ritstjórnarreglur og stefnu Science X. Ritstjórarnir hafa lagt áherslu á eftirfarandi eiginleika og tryggt jafnframt að innihaldið sé heillegt:
Koltvísýringur (CO2) er bæði nauðsynleg auðlind fyrir líf á jörðinni og gróðurhúsalofttegund sem stuðlar að hlýnun jarðar. Í dag eru vísindamenn að rannsaka koltvísýring sem efnilega auðlind til framleiðslu á endurnýjanlegu, kolefnissnauðu eldsneyti og verðmætum efnavörum.
Áskorunin fyrir vísindamenn er að finna skilvirkar og hagkvæmar leiðir til að umbreyta koltvísýringi í hágæða kolefnismilliefni eins og kolmónoxíð, metanól eða maurasýru.
Rannsóknarteymi undir forystu KK Neuerlin frá National Renewable Energy Laboratory (NREL) og samstarfsaðila hjá Argonne National Laboratory og Oak Ridge National Laboratory hefur fundið efnilega lausn á þessu vandamáli. Teymið þróaði umbreytingaraðferð til að framleiða maurasýru úr koltvísýringi með því að nota endurnýjanlega raforku með mikilli orkunýtni og endingu.
Rannsóknin, sem ber heitið „Skalanleg himnu rafskautssamsetningararkitektúr fyrir skilvirka rafefnafræðilega umbreytingu koltvísýrings í maurasýru,“ var birt í tímaritinu Nature Communications.
Maurasýra er hugsanlegt milliefni með fjölbreytt notkunarsvið, sérstaklega sem hráefni í efna- eða líffræðilegum iðnaði. Maurasýra hefur einnig verið skilgreind sem hráefni fyrir lífhreinsun í hreint flugvélaeldsneyti.
Rafgreining CO2 leiðir til afoxunar CO2 í efnafræðileg milliefni eins og maurasýru eða sameindir eins og etýlen þegar rafspenna er sett á rafgreiningarfrumuna.
Himnu-rafskautssamsetningin (MEA) í rafgreiningartæki samanstendur venjulega af jónleiðandi himnu (katjón- eða anjónaskiptahimnu) sem er fest á milli tveggja rafskauta sem samanstanda af rafhvata og jónleiðandi fjölliðu.
Með því að nýta sérþekkingu teymisins í tækni eldsneytisfrumum og vetnisrafgreiningu rannsökuðu þau nokkrar MEA-stillingar í rafgreiningarfrumum til að bera saman rafefnafræðilega afoxun CO2 í maurasýru.
Byggt á bilunargreiningu á ýmsum hönnunum, reyndi teymið að nýta sér takmarkanir núverandi efnismengja, sérstaklega skort á jónahöfnun í núverandi anjónaskiptahimnum, og einfalda heildarhönnun kerfisins.
Uppfinning KS Neierlin og Leiming Hu hjá NREL var endurbætt MEA rafgreiningartæki sem notaði nýja götuðu katjónaskiptahimnu. Þessi götuðu himna veitir samræmda, mjög sértæka maurasýruframleiðslu og einfaldar hönnun með því að nota tilbúna íhluti.
„Niðurstöður þessarar rannsóknar endurspegla byltingu í rafefnafræðilegri framleiðslu lífrænna sýra eins og maurasýru,“ sagði meðhöfundur Neierlin. „Götuð himnubygging dregur úr flækjustigi fyrri hönnunar og er einnig hægt að nota hana til að bæta orkunýtni og endingu annarra rafefnafræðilegra tækja til umbreytingar á koltvísýringi.“
Eins og með allar vísindalegar byltingar er mikilvægt að skilja kostnaðarþætti og hagkvæmni. Rannsakendurnir Zhe Huang og Tao Ling hjá NREL, sem unnu saman að rannsóknum á mismunandi deildum, kynntu tækni- og hagfræðilega greiningu þar sem bent var á leiðir til að ná kostnaðarjöfnuði við núverandi iðnaðarframleiðsluferla maurasýru þegar kostnaður við endurnýjanlega raforku er 2,3 sent á kílóvattstund eða lægri.
„Teymið náði þessum niðurstöðum með því að nota hefðbundna hvata og fjölliðuhimnuefni, en bjó jafnframt til MEA-hönnun sem nýtir sér sveigjanleika nútíma eldsneytisfrumna og vetnisrafgreiningarstöðva,“ sagði Neierlin.
„Niðurstöður þessarar rannsóknar gætu hjálpað til við að umbreyta koltvísýringi í eldsneyti og efni með því að nota endurnýjanlega raforku og vetni, sem flýtir fyrir umbreytingu yfir í uppskalun og markaðssetningu.“
Rafefnafræðileg umbreytingartækni er kjarninn í rafeinda-í-sameindir áætlun NREL, sem leggur áherslu á næstu kynslóð endurnýjanlegrar vetnis, án eldsneytis, efna og efna fyrir rafknúin ferli.
„Áætlun okkar kannar leiðir til að nota endurnýjanlega raforku til að umbreyta sameindum eins og koltvísýringi og vatni í efnasambönd sem geta þjónað sem orkugjafar,“ sagði Randy Cortright, forstöðumaður rafeindaflutnings og/eða forverastefnu NREL fyrir eldsneytisframleiðslu eða efni.
„Þessar rannsóknir á rafefnafræðilegri umbreytingu eru byltingarkenndar aðferðir sem hægt er að nota í ýmsum rafefnafræðilegum umbreytingarferlum og við hlökkum til að sjá fleiri efnilegar niðurstöður frá þessum hópi.“
Frekari upplýsingar: Leiming Hu o.fl., Stærðanleg himnu rafskautssamsetningararkitektúr fyrir skilvirka rafefnafræðilega umbreytingu CO2 í maurasýru, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Ef þú rekst á innsláttarvillu, ónákvæmni eða vilt senda beiðni um að breyta efni á þessari síðu, vinsamlegast notaðu þetta eyðublað. Fyrir almennar spurningar, vinsamlegast notaðu tengiliðseyðublaðið okkar. Fyrir almennar athugasemdir, notaðu athugasemdahlutann hér að neðan (fylgdu leiðbeiningunum).
Ábendingar þínar eru okkur mjög mikilvægar. Hins vegar getum við ekki ábyrgst persónulegt svar vegna mikils fjölda skilaboða.
Netfangið þitt er eingöngu notað til að láta viðtakendur vita hver sendi tölvupóstinn. Hvorki þitt netfang né netfang viðtakandans verða notuð í neinum öðrum tilgangi. Upplýsingarnar sem þú slærð inn birtast í tölvupóstinum þínum og Tech Xplore geymir þær ekki á nokkurn hátt.
Þessi vefsíða notar vafrakökur til að auðvelda leit, greina notkun þína á þjónustu okkar, safna persónusniðnum auglýsingagögnum og veita efni frá þriðja aðila. Með því að nota vefsíðu okkar samþykkir þú að þú hafir lesið og skilið persónuverndarstefnu okkar og notkunarskilmála.