Այս հոդվածը վերանայվել է Science X-ի խմբագրական ընթացակարգերին և քաղաքականությանը համապատասխան։ Խմբագիրները ընդգծել են հետևյալ հատկանիշները՝ միաժամանակ ապահովելով բովանդակության ամբողջականությունը.
Ածխաթթու գազը (CO2) և՛ Երկրի վրա կյանքի համար անհրաժեշտ ռեսուրս է, և՛ ջերմոցային գազ, որը նպաստում է գլոբալ տաքացմանը: Այսօր գիտնականները ուսումնասիրում են ածխաթթու գազը որպես խոստումնալից ռեսուրս վերականգնվող, ցածր ածխածնային վառելիքի և բարձր արժեք ունեցող քիմիական արտադրանքի արտադրության համար:
Հետազոտողների համար մարտահրավերն է գտնել ածխաթթու գազը բարձրորակ ածխածնային միջանկյալ նյութերի, ինչպիսիք են ածխածնի մոնօքսիդը, մեթանոլը կամ մրջնաթթուն, փոխակերպելու արդյունավետ և ծախսարդյունավետ եղանակներ։
Ազգային վերականգնվող էներգիայի լաբորատորիայի (NREL) Կ.Կ. Նոյերլինի գլխավորած հետազոտական ​​խումբը և Արգոնի ազգային լաբորատորիայի ու Օուք Ռիջի ազգային լաբորատորիայի գործընկերները գտել են այս խնդրի խոստումնալից լուծում: Խումբը մշակել է ածխաթթու գազից մրջնաթթու ստանալու փոխակերպման մեթոդ՝ օգտագործելով վերականգնվող էլեկտրաէներգիա՝ բարձր էներգաարդյունավետությամբ և դիմացկունությամբ:
«Մասշտաբային թաղանթային էլեկտրոդային հավաքման ճարտարապետություն ածխաթթու գազի մրջնաթթվի արդյունավետ էլեկտրաքիմիական փոխակերպման համար» վերնագրով ուսումնասիրությունը հրապարակվել է Nature Communications ամսագրում։
Մրջնաթթուն պոտենցիալ քիմիական միջանկյալ նյութ է՝ լայն կիրառություններով, մասնավորապես՝ որպես հումք քիմիական կամ կենսաբանական արդյունաբերություններում: Մրջնաթթուն նաև նույնականացվել է որպես կենսամաքրման հումք՝ մաքուր ավիացիոն վառելիքի վերածելու համար:
CO2-ի էլեկտրոլիզի արդյունքում CO2-ը վերածվում է քիմիական միջանկյալ նյութերի, ինչպիսիք են մրջնաթթուն, կամ մոլեկուլների, ինչպիսիք են էթիլենը, երբ էլեկտրոլիտիկ բջջին կիրառվում է էլեկտրական պոտենցիալ։
Էլեկտրոլիզատորի թաղանթ-էլեկտրոդային հավաքածուն (ՄԷՀ) սովորաբար բաղկացած է իոնահաղորդիչ թաղանթից (կատիոնային կամ անիոնափոխանակիչ թաղանթ), որը տեղադրված է երկու էլեկտրոդների միջև, որոնք բաղկացած են էլեկտրակատալիզատորից և իոնահաղորդիչ պոլիմերից։
Օգտագործելով թիմի փորձը վառելիքային բջիջների տեխնոլոգիաների և ջրածնի էլեկտրոլիզի ոլորտում, նրանք ուսումնասիրել են էլեկտրոլիտիկ բջիջներում MEA-ի մի քանի կոնֆիգուրացիաներ՝ CO2-ի էլեկտրաքիմիական վերականգնումը մրջնաթթվի համեմատելու համար։
Տարբեր նախագծերի ձախողման վերլուծության հիման վրա՝ թիմը ձգտել է օգտագործել առկա նյութերի հավաքածուների սահմանափակումները, մասնավորապես՝ ներկայիս անիոնափոխանակիչ թաղանթներում իոնների մերժման բացակայությունը, և պարզեցնել համակարգի ընդհանուր դիզայնը։
Կ.Ս. Նեյերլինի և Լեյմինգ Հուի NREL-ի գյուտը բարելավված MEA էլեկտրոլիզատոր էր՝ օգտագործելով նոր անցքավոր կատիոնափոխանակիչ թաղանթ: Այս անցքավոր թաղանթը ապահովում է հետևողական, բարձր ընտրողականությամբ մրջնաթթվի արտադրություն և պարզեցնում է նախագծումը՝ օգտագործելով պատրաստի բաղադրիչներ:
«Այս ուսումնասիրության արդյունքները ներկայացնում են օրգանական թթուների, ինչպիսին է մրջնաթթուն, էլեկտրաքիմիական արտադրության մեջ պարադիգմայի փոփոխություն», - ասաց համահեղինակ Նեյերլինը: «Պերֆորացված թաղանթային կառուցվածքը նվազեցնում է նախորդ նախագծերի բարդությունը և կարող է նաև օգտագործվել այլ էլեկտրաքիմիական ածխաթթու գազի փոխակերպման սարքերի էներգաարդյունավետությունը և դիմացկունությունը բարելավելու համար»:
Ինչպես ցանկացած գիտական ​​առաջընթացի դեպքում, կարևոր է հասկանալ ծախսերի գործոնները և տնտեսական նպատակահարմարությունը: Աշխատելով տարբեր բաժիններում՝ NREL-ի հետազոտողներ Չժե Հուանգը և Տաո Լինգը ներկայացրել են տեխնիկատնտեսական վերլուծություն, որը բացահայտում է ծախսերի համարժեքության հասնելու ուղիները այսօրվա արդյունաբերական մրջնաթթվի արտադրության գործընթացների հետ, երբ վերականգնվող էլեկտրաէներգիայի արժեքը կազմում է 2.3 ցենտ կամ պակաս մեկ կիլովատտ-ժամի համար:
«Թիմը այս արդյունքներին հասավ՝ օգտագործելով առևտրային առումով մատչելի կատալիզատորներ և պոլիմերային թաղանթային նյութեր, միաժամանակ ստեղծելով MEA դիզայն, որն օգտագործում է ժամանակակից վառելիքային բջիջների և ջրածնային էլեկտրոլիզի կայանների մասշտաբայնությունը», - ասաց Նեյերլինը։
«Այս հետազոտության արդյունքները կարող են օգնել ածխաթթու գազը վերածել վառելիքի և քիմիական նյութերի՝ օգտագործելով վերականգնվող էլեկտրաէներգիա և ջրածին, արագացնելով անցումը մասշտաբայնացմանը և առևտրայնացմանը»։
Էլեկտրաքիմիական փոխակերպման տեխնոլոգիաները NREL-ի «Էլեկտրոններից մոլեկուլներ» ծրագրի հիմնական տարրերից են, որը կենտրոնանում է հաջորդ սերնդի վերականգնվող ջրածնի, զրոյական վառելիքի, քիմիական նյութերի և էլեկտրականությամբ աշխատող գործընթացների համար նախատեսված նյութերի վրա։
«Մեր ծրագիրը ուսումնասիրում է վերականգնվող էլեկտրաէներգիայի օգտագործման եղանակներ՝ ածխաթթու գազի և ջրի նման մոլեկուլները վերածելու այնպիսի միացությունների, որոնք կարող են ծառայել որպես էներգիայի աղբյուրներ», - ասաց Ռենդի Քորթրայթը, NREL-ի էլեկտրոնների փոխանցման և/կամ նախորդների ռազմավարության տնօրենը՝ վառելիքի կամ քիմիական նյութերի արտադրության համար։
«Այս էլեկտրաքիմիական փոխակերպման հետազոտությունը առաջընթաց է, որը կարող է օգտագործվել էլեկտրաքիմիական փոխակերպման մի շարք գործընթացներում, և մենք անհամբեր սպասում ենք այս խմբի ավելի խոստումնալից արդյունքների»։
Լրացուցիչ տեղեկություններ՝ Լեյմինգ Հու և այլք, CO2-ի մրջնաթթվի արդյունավետ էլեկտրաքիմիական փոխակերպման համար մասշտաբային թաղանթային էլեկտրոդային հավաքման ճարտարապետություն, Nature Communications (2023): DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Եթե ​​այս էջում հանդիպեք տպագրական սխալի, անճշտության կամ ցանկանաք այս էջում բովանդակությունը խմբագրելու հարցում ներկայացնել, խնդրում ենք օգտագործել այս ձևը։ Ընդհանուր հարցերի համար խնդրում ենք օգտագործել մեր կապի ձևը։ Ընդհանուր արձագանքի համար օգտագործեք ստորև բերված հանրային մեկնաբանությունների բաժինը (հետևեք հրահանգներին)։
Ձեր կարծիքը շատ կարևոր է մեզ համար։ Սակայն, հաղորդագրությունների մեծ ծավալի պատճառով, մենք չենք կարող երաշխավորել անհատականացված պատասխան։
Ձեր էլեկտրոնային փոստի հասցեն օգտագործվում է միայն այն բանի համար, որ ստացողներին տեղեկացվի, թե ով է ուղարկել էլեկտրոնային նամակը: Ո՛չ ձեր հասցեն, ո՛չ էլ ստացողի հասցեն չեն օգտագործվի որևէ այլ նպատակով: Ձեր մուտքագրած տեղեկատվությունը կհայտնվի ձեր էլեկտրոնային նամակում և որևէ ձևով չի պահպանվի Tech Xplore-ի կողմից:
Այս կայքը օգտագործում է թխուկներ՝ նավարկությունը հեշտացնելու, մեր ծառայությունների ձեր օգտագործումը վերլուծելու, գովազդի անհատականացման տվյալներ հավաքելու և երրորդ կողմերից բովանդակություն տրամադրելու համար: Մեր կայքը օգտագործելով՝ դուք հաստատում եք, որ կարդացել և հասկացել եք մեր Գաղտնիության քաղաքականությունը և Օգտագործման պայմանները: