Бул макала Science Xтин редакциялык жол-жоболоруна жана саясатына ылайык каралып чыкты. Редакторлор мазмундун бүтүндүгүн камсыз кылуу менен бирге төмөнкү сапаттарды баса белгилешти:
Көмүр кычкыл газы (CO2) Жердеги жашоо үчүн маанилүү ресурс жана глобалдык жылуулукка салым кошкон парник газы болуп саналат. Бүгүнкү күндө окумуштуулар көмүр кычкыл газын кайра жаралуучу, аз көмүртектүү отундарды жана баалуу химиялык продуктыларды өндүрүү үчүн келечектүү ресурс катары изилдеп жатышат.
Изилдөөчүлөр үчүн көмүр кычкыл газын көмүртек кычкылы, метанол же кумурска кислотасы сыяктуу жогорку сапаттагы көмүртек ортомчуларына айландыруунун натыйжалуу жана үнөмдүү жолдорун аныктоо кыйын.
Улуттук кайра жаралуучу энергия лабораториясынын (NREL) К.К. Нойерлин жетектеген изилдөө тобу жана Аргонн улуттук лабораториясынын жана Оак-Ридж улуттук лабораториясынын кызматкерлери бул көйгөйгө келечектүү чечим табышты. Топ кайра жаралуучу электр энергиясын колдонуп, жогорку энергия натыйжалуулугу жана бышыктыгы менен көмүр кычкыл газынан кумурска кислотасын өндүрүү үчүн конвертациялоо ыкмасын иштеп чыгышты.
"Көмүр кычкыл газын кумурска кислотасына натыйжалуу электрохимиялык айландыруу үчүн масштабдуу мембраналык электрод чогултуу архитектурасы" деп аталган изилдөө Nature Communications журналында жарыяланган.
Кумурска кислотасы – бул кеңири колдонулуучу химиялык аралык продукт, айрыкча химиялык же биологиялык өнөр жайларда чийки зат катары. Кумурска кислотасы ошондой эле таза авиациялык отунга биотазалоо үчүн чийки зат катары аныкталган.
Электролиттик клеткага электрдик потенциал колдонулганда, СО2 электролизи СО2нин кумурска кислотасы сыяктуу химиялык ортомчуларга же этилен сыяктуу молекулаларга калыбына келишине алып келет.
Электролизердеги мембрана-электрод жыйындысы (МЭА), адатта, электрокатализатордон жана ион өткөрүүчү полимерден турган эки электроддун ортосуна кыстырылган ион өткөрүүчү мембранадан (катион же анион алмашуу мембранасы) турат.
Команданын күйүүчү май клеткаларынын технологиялары жана суутек электролизи боюнча тажрыйбасын колдонуп, алар CO2нин кумурска кислотасына электрохимиялык калыбына келишин салыштыруу үчүн электролиттик клеткалардагы бир нече MEA конфигурацияларын изилдешкен.
Ар кандай конструкциялардын бузулууларын талдоонун негизинде, команда учурдагы материалдык топтомдордун чектөөлөрүн, айрыкча учурдагы анион алмашуу мембраналарында иондордун четке кагылышынын жоктугун пайдаланууга жана жалпы системанын дизайнын жөнөкөйлөтүүгө аракет кылды.
NREL компаниясынын кызматкерлери К.С. Нейерлин менен Лейминг Ху тарабынан ойлоп табылган нерсе - жаңы тешилген катион алмашуу мембранасын колдонгон жакшыртылган MEA электролизери. Бул тешилген мембрана ырааттуу, жогорку селективдүү кумурска кислотасын өндүрүүнү камсыз кылат жана даяр компоненттерди колдонуу менен дизайнды жөнөкөйлөтөт.
«Бул изилдөөнүн жыйынтыктары кумурска кислотасы сыяктуу органикалык кислоталардын электрохимиялык өндүрүшүндөгү парадигманын өзгөрүшүн чагылдырат», - деди изилдөөнүн авторлорунун бири Нейерлин. «Тешилген мембраналык түзүлүш мурунку конструкциялардын татаалдыгын азайтат жана башка электрохимиялык көмүр кычкыл газын конвертациялоочу түзүлүштөрдүн энергия натыйжалуулугун жана бышыктыгын жакшыртуу үчүн да колдонулушу мүмкүн».
Ар кандай илимий жетишкендиктер сыяктуу эле, баа факторлорун жана экономикалык жактан максатка ылайыктуулугун түшүнүү маанилүү. NREL изилдөөчүлөрү Чже Хуан жана Тао Лин ар кандай бөлүмдөрдө иштеп, кайра жаралуучу электр энергиясынын баасы киловатт-саатына 2,3 цент же андан төмөн болгондо, бүгүнкү күндөгү өнөр жайлык кумурска кислотасын өндүрүү процесстери менен баа теңдигине жетүү жолдорун аныктоочу техникалык-экономикалык анализди сунушташты.
«Команда бул натыйжаларга коммерциялык жактан жеткиликтүү катализаторлорду жана полимер мембраналык материалдарды колдонуу менен жетишти, ошол эле учурда заманбап күйүүчү май клеткаларынын жана суутек электролиз заводдорунун масштабдуулугун колдонгон MEA дизайнын түздү», - деди Нейерлин.
«Бул изилдөөнүн жыйынтыктары кайра жаралуучу электр энергиясын жана суутекти колдонуу менен көмүр кычкыл газын отунга жана химиялык заттарга айландырууга, масштабдоону жана коммерциялаштырууга өтүүнү тездетүүгө жардам берет».
Электрохимиялык конверсиялоо технологиялары NRELдин "Электрондордон молекулаларга" программасынын негизги элементи болуп саналат, ал кийинки муундагы кайра жаралуучу суутекти, нөлдүк отундарды, химиялык заттарды жана электр менен башкарылуучу процесстер үчүн материалдарды иштеп чыгууга багытталган.
«Биздин программа көмүр кычкыл газы жана суу сыяктуу молекулаларды энергия булагы катары кызмат кыла турган кошулмаларга айландыруу үчүн кайра жаралуучу электр энергиясын колдонуунун жолдорун изилдеп жатат», - деди NRELдин электрондорду өткөрүп берүү жана/же отунду өндүрүү же химиялык заттар боюнча прекурсорлор стратегиясынын директору Рэнди Кортрайт.
«Бул электрохимиялык конверсия боюнча изилдөө электрохимиялык конверсия процесстеринин бир катар тармактарында колдонула турган чоң жетишкендикти камсыз кылат жана биз бул топтон дагы келечектүү натыйжаларды күтөбүз».
Кошумча маалымат: Лейминг Ху жана башкалар, СО2ни кумурска кислотасына натыйжалуу электрохимиялык айландыруу үчүн масштабдуу мембраналык электрод чогултуу архитектурасы, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Эгерде сиз катага, так эместикке туш болсоңуз же ушул баракчадагы мазмунду түзөтүү өтүнүчүн жөнөткүңүз келсе, бул форманы колдонуңуз. Жалпы суроолор боюнча байланыш формасын колдонуңуз. Жалпы пикир алуу үчүн төмөндөгү коомдук комментарийлер бөлүмүн колдонуңуз (көрсөтмөлөрдү аткарыңыз).
Сиздин пикириңиз биз үчүн абдан маанилүү. Бирок, билдирүүлөр көп болгондуктан, биз жекелештирилген жоопту кепилдей албайбыз.
Электрондук почта дарегиңиз электрондук катты ким жөнөткөнүн алуучуларга билдирүү үчүн гана колдонулат. Сиздин дарегиңиз да, алуучунун дареги да башка максаттарда колдонулбайт. Сиз киргизген маалымат электрондук почтаңызда пайда болот жана Tech Xplore тарабынан эч кандай формада сакталбайт.
Бул веб-сайт навигацияны жеңилдетүү, кызматтарыбызды колдонууңузду талдоо, жарнамаларды жекелештирүү маалыматтарын чогултуу жана үчүнчү тараптардан контентти берүү үчүн кукилерди колдонот. Биздин веб-сайтты колдонуу менен сиз биздин Купуялык саясатыбызды жана Колдонуу шарттарын окуп, түшүнгөнүңүздү тастыктайсыз.