Sinuri ang artikulong ito alinsunod sa mga pamamaraan at patakaran sa editoryal ng Science X. Binigyang-diin ng mga editor ang mga sumusunod na katangian habang tinitiyak ang integridad ng nilalaman:
Ang carbon dioxide (CO2) ay isang mahalagang mapagkukunan para sa buhay sa Daigdig at isang greenhouse gas na nakakatulong sa global warming. Sa kasalukuyan, pinag-aaralan ng mga siyentipiko ang carbon dioxide bilang isang promising resource para sa produksyon ng mga renewable, low-carbon fuels at mga produktong kemikal na may mataas na halaga.
Ang hamon para sa mga mananaliksik ay ang pagtukoy ng mabisa at matipid na mga paraan upang gawing de-kalidad na mga carbon intermediate ang carbon dioxide tulad ng carbon monoxide, methanol o formic acid.
Isang pangkat ng pananaliksik na pinamumunuan ni KK Neuerlin ng National Renewable Energy Laboratory (NREL) at mga kolaborator sa Argonne National Laboratory at Oak Ridge National Laboratory ang nakatuklas ng isang magandang solusyon sa problemang ito. Bumuo ang pangkat ng isang paraan ng conversion upang makagawa ng formic acid mula sa carbon dioxide gamit ang renewable electricity na may mataas na kahusayan sa enerhiya at tibay.
Ang pag-aaral, na pinamagatang “Scalable membrane electrode assembly architecture for efficient electrochemical conversion of carbon dioxide to formic acid,” ay inilathala sa journal na Nature Communications.
Ang formic acid ay isang potensyal na kemikal na intermediate na may malawak na hanay ng mga aplikasyon, lalo na bilang isang hilaw na materyal sa mga industriya ng kemikal o biyolohikal. Ang formic acid ay natukoy din bilang isang feedstock para sa biorefining upang maging malinis na panggatong sa abyasyon.
Ang elektrolisis ng CO2 ay nagreresulta sa pagbawas ng CO2 sa mga kemikal na intermediate tulad ng formic acid o mga molekula tulad ng ethylene kapag ang isang electrical potential ay inilapat sa electrolytic cell.
Ang membrane-electrode assembly (MEA) sa isang electrolyzer ay karaniwang binubuo ng isang ion-conducting membrane (cation o anion exchange membrane) na nasa pagitan ng dalawang electrode na binubuo ng isang electrocatalyst at isang ion-conducting polymer.
Gamit ang kadalubhasaan ng pangkat sa mga teknolohiya ng fuel cell at hydrogen electrolysis, pinag-aralan nila ang ilang mga configuration ng MEA sa mga electrolytic cell upang ihambing ang electrochemical reduction ng CO2 sa formic acid.
Batay sa pagsusuri ng pagkabigo ng iba't ibang disenyo, hinangad ng pangkat na samantalahin ang mga limitasyon ng mga umiiral na hanay ng materyal, lalo na ang kakulangan ng pagtanggi ng ion sa kasalukuyang mga lamad ng palitan ng anion, at pasimplehin ang pangkalahatang disenyo ng sistema.
Ang imbensyon nina KS Neierlin at Leiming Hu ng NREL ay isang pinahusay na MEA electrolyzer gamit ang isang bagong perforated cation exchange membrane. Ang perforated membrane na ito ay nagbibigay ng pare-pareho at lubos na pumipiling produksyon ng formic acid at pinapasimple ang disenyo gamit ang mga sangkap na available na.
"Ang mga resulta ng pag-aaral na ito ay kumakatawan sa isang paradigm shift sa electrochemical production ng mga organic acid tulad ng formic acid," sabi ng co-author na si Neierlin. "Ang butas-butas na istraktura ng lamad ay binabawasan ang pagiging kumplikado ng mga nakaraang disenyo at maaari ring gamitin upang mapabuti ang kahusayan ng enerhiya at tibay ng iba pang mga electrochemical carbon dioxide conversion device."
Tulad ng anumang siyentipikong tagumpay, mahalagang maunawaan ang mga salik sa gastos at ang posibilidad na pang-ekonomiya. Sa pagtatrabaho sa iba't ibang departamento, ang mga mananaliksik ng NREL na sina Zhe Huang at Tao Ling ay nagpakita ng isang techno-economic analysis na tumutukoy sa mga paraan upang makamit ang cost parity sa mga industriyal na proseso ng produksyon ng formic acid ngayon kapag ang halaga ng renewable electricity ay nasa o mas mababa sa 2.3 sentimo bawat kilowatt-hour.
"Nakamit ng pangkat ang mga resultang ito gamit ang mga komersyal na magagamit na katalista at mga materyales ng lamad ng polimer, habang lumilikha ng isang disenyo ng MEA na sinasamantala ang kakayahang sumukat ng mga modernong selula ng gasolina at mga halaman ng electrolysis ng hydrogen," sabi ni Neierlin.
"Ang mga resulta ng pananaliksik na ito ay maaaring makatulong sa pag-convert ng carbon dioxide sa mga panggatong at kemikal gamit ang renewable na kuryente at hydrogen, na magpapabilis sa paglipat sa scale-up at komersyalisasyon."
Ang mga teknolohiya ng electrochemical conversion ay isang pangunahing elemento ng programang Electrons to Molecules ng NREL, na nakatuon sa susunod na henerasyon ng renewable hydrogen, zero fuels, kemikal at materyales para sa mga prosesong pinapagana ng kuryente.
“Ang aming programa ay nagsasaliksik ng mga paraan upang magamit ang nababagong kuryente upang gawing mga compound na maaaring magsilbing pinagkukunan ng enerhiya ang mga molekula tulad ng carbon dioxide at tubig,” sabi ni Randy Cortright, direktor ng estratehiya ng NREL sa paglilipat ng elektron at/o mga precursor para sa produksyon ng gasolina o mga kemikal.
"Ang pananaliksik na ito sa electrochemical conversion ay nagbibigay ng isang pambihirang tagumpay na maaaring magamit sa iba't ibang proseso ng electrochemical conversion, at inaasahan namin ang mas magagandang resulta mula sa grupong ito."
Karagdagang impormasyon: Leiming Hu et al., Scalable membrane electrode assembly architecture para sa mahusay na electrochemical conversion ng CO2 patungong formic acid, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Kung makakatagpo ka ng typo, kamalian, o nais mong magsumite ng kahilingan para i-edit ang nilalaman sa pahinang ito, mangyaring gamitin ang form na ito. Para sa mga pangkalahatang tanong, mangyaring gamitin ang aming contact form. Para sa pangkalahatang feedback, gamitin ang seksyon ng mga pampublikong komento sa ibaba (sundin ang mga tagubilin).
Napakahalaga sa amin ng inyong feedback. Gayunpaman, dahil sa dami ng mga mensahe, hindi namin magagarantiya ang isang personalized na tugon.
Ang iyong email address ay ginagamit lamang upang ipaalam sa mga tatanggap kung sino ang nagpadala ng email. Hindi gagamitin ang iyong address o ang address ng tatanggap para sa anumang ibang layunin. Ang impormasyong ilalagay mo ay lilitaw sa iyong email at hindi itatago ng Tech Xplore sa anumang anyo.
Gumagamit ang website na ito ng cookies upang mapadali ang nabigasyon, suriin ang iyong paggamit ng aming mga serbisyo, mangolekta ng data ng pag-personalize ng advertising, at magbigay ng nilalaman mula sa mga ikatlong partido. Sa paggamit ng aming website, kinikilala mo na nabasa at naunawaan mo ang aming Patakaran sa Pagkapribado at Mga Tuntunin ng Paggamit.