Llenwch y ffurflen isod a byddwn yn e-bostio fersiwn PDF o “Gwelliannau technoleg newydd i drosi carbon deuocsid yn danwydd hylif” atoch.
Carbon deuocsid (CO2) yw cynnyrch llosgi tanwyddau ffosil a'r nwy tŷ gwydr mwyaf cyffredin, y gellir ei drawsnewid yn ôl yn danwyddau defnyddiol mewn modd cynaliadwy. Un ffordd addawol o drawsnewid allyriadau CO2 yn ddeunydd crai tanwydd yw proses o'r enw gostyngiad electrocemegol. Ond er mwyn bod yn fasnachol hyfyw, mae angen gwella'r broses i ddewis neu gynhyrchu mwy o gynhyrchion cyfoethog o garbon a ddymunir. Nawr, fel yr adroddwyd yn y cyfnodolyn Nature Energy, mae Labordy Cenedlaethol Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) wedi datblygu dull newydd i wella wyneb y catalydd copr a ddefnyddir ar gyfer yr adwaith ategol, a thrwy hynny gynyddu detholusrwydd y broses.
“Er ein bod ni’n gwybod mai copr yw’r catalydd gorau ar gyfer yr adwaith hwn, nid yw’n darparu detholusrwydd uchel ar gyfer y cynnyrch a ddymunir,” meddai Alexis, uwch wyddonydd yn Adran y Gwyddorau Cemegol yn Lab Berkeley ac athro peirianneg gemegol ym Mhrifysgol California, Berkeley. Dywedodd Spell. “Canfu ein tîm y gallwch chi ddefnyddio amgylchedd lleol y catalydd i wneud amryw o driciau i ddarparu’r math hwn o ddetholiad.”
Mewn astudiaethau blaenorol, mae ymchwilwyr wedi sefydlu amodau manwl gywir i ddarparu'r amgylchedd trydanol a chemegol gorau ar gyfer creu cynhyrchion sy'n llawn carbon ac sydd â gwerth masnachol. Ond mae'r amodau hyn yn groes i'r amodau sy'n digwydd yn naturiol mewn celloedd tanwydd nodweddiadol sy'n defnyddio deunyddiau dargludol sy'n seiliedig ar ddŵr.
Er mwyn pennu'r dyluniad y gellir ei ddefnyddio yn amgylchedd dŵr celloedd tanwydd, fel rhan o brosiect Canolfan Arloesi Ynni Cynghrair Heulwen Hylif y Weinyddiaeth Ynni, trodd Bell a'i dîm at haen denau o ïonomer, sy'n caniatáu i rai moleciwlau gwefredig (ïonau) basio drwodd. Eithriwch ïonau eraill. Oherwydd eu priodweddau cemegol hynod ddetholus, maent yn arbennig o addas ar gyfer cael effaith gref ar y microamgylchedd.
Cynigiodd Chanyeon Kim, ymchwilydd ôl-ddoethurol yng ngrŵp Bell ac awdur cyntaf y papur, orchuddio wyneb catalyddion copr â dau ïonomer cyffredin, Nafion a Sustainion. Rhagdybiodd y tîm y dylai gwneud hynny newid yr amgylchedd ger y catalydd—gan gynnwys y pH a faint o ddŵr a charbon deuocsid—mewn rhyw ffordd i gyfeirio'r adwaith i gynhyrchu cynhyrchion sy'n llawn carbon y gellir eu trosi'n hawdd yn gemegau defnyddiol. Cynhyrchion a thanwydd hylifol.
Rhoddodd yr ymchwilwyr haen denau o bob ïonomer a haen ddwbl o ddau ïonomer ar ffilm gopr a gynhelir gan ddeunydd polymer i ffurfio ffilm, y gallent ei mewnosod ger un pen cell electrogemegol siâp llaw. Wrth chwistrellu carbon deuocsid i'r batri a rhoi foltedd ar waith, fe wnaethant fesur cyfanswm y cerrynt sy'n llifo trwy'r batri. Yna fe wnaethant fesur y nwy a'r hylif a gasglwyd yn y gronfa gyfagos yn ystod yr adwaith. Ar gyfer yr achos dwy haen, fe wnaethant ganfod bod cynhyrchion cyfoethog o garbon yn cyfrif am 80% o'r ynni a ddefnyddiwyd gan yr adwaith—yn uwch na 60% yn yr achos heb ei orchuddio.
“Mae’r haen frechdan hon yn darparu’r gorau o’r ddau fyd: detholusrwydd cynnyrch uchel a gweithgaredd uchel,” meddai Bell. Nid yn unig y mae’r wyneb haen ddwbl yn dda ar gyfer cynhyrchion sy’n gyfoethog mewn carbon, ond mae hefyd yn cynhyrchu cerrynt cryf ar yr un pryd, sy’n dynodi cynnydd mewn gweithgaredd.
Daeth yr ymchwilwyr i'r casgliad mai canlyniad y crynodiad uchel o CO2 a gronnwyd yn yr haen yn uniongyrchol ar ben y copr oedd yr ymateb gwell. Yn ogystal, bydd moleciwlau â gwefr negyddol sy'n cronni yn y rhanbarth rhwng y ddau ïonomer yn cynhyrchu asidedd lleol is. Mae'r cyfuniad hwn yn gwrthbwyso'r cyfaddawdau crynodiad sy'n tueddu i ddigwydd yn absenoldeb ffilmiau ïonomer.
Er mwyn gwella effeithlonrwydd yr adwaith ymhellach, trodd yr ymchwilwyr at dechnoleg a brofwyd yn flaenorol nad oes angen ffilm ïonomer arni fel dull arall o gynyddu CO2 a pH: foltedd pwls. Drwy gymhwyso foltedd pwls i'r haen ïonomer dwy haen, cyflawnodd yr ymchwilwyr gynnydd o 250% mewn cynhyrchion cyfoethog o garbon o'i gymharu â chopr heb ei orchuddio a foltedd statig.
Er bod rhai ymchwilwyr yn canolbwyntio eu gwaith ar ddatblygu catalyddion newydd, nid yw darganfod y catalydd yn ystyried amodau gweithredu. Mae rheoli'r amgylchedd ar wyneb y catalydd yn ddull newydd a gwahanol.
“Ni wnaethon ni feddwl am gatalydd cwbl newydd, ond defnyddio ein dealltwriaeth o gineteg adwaith a defnyddio’r wybodaeth hon i’n tywys wrth feddwl am sut i newid amgylchedd safle’r catalydd,” meddai Adam Weber, uwch beiriannydd. Gwyddonwyr ym maes technoleg ynni yn Berkeley Laboratories a chyd-awdur papurau.
Y cam nesaf yw ehangu cynhyrchu catalyddion wedi'u gorchuddio. Roedd arbrofion rhagarweiniol tîm Labordy Berkeley yn cynnwys systemau model gwastad bach, a oedd yn llawer symlach na'r strwythurau mandyllog arwynebedd mawr sy'n ofynnol ar gyfer cymwysiadau masnachol. "Nid yw'n anodd rhoi haen ar arwyneb gwastad. Ond gall dulliau masnachol gynnwys gorchuddio peli copr bach," meddai Bell. Mae ychwanegu ail haen o orchudd yn dod yn heriol. Un posibilrwydd yw cymysgu a dyddodi'r ddau orchudd gyda'i gilydd mewn toddydd, a gobeithio y byddant yn gwahanu pan fydd y toddydd yn anweddu. Beth os na fyddant? Daeth Bell i'r casgliad: "Mae angen i ni fod yn ddoethach." Cyfeiriwch at Kim C, Bui JC, Luo X ac eraill. Microamgylchedd catalydd wedi'i addasu ar gyfer electro-leihau CO2 i gynhyrchion aml-garbon gan ddefnyddio cotio ïonomer haen ddwbl ar gopr. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Atgynhyrchwyd yr erthygl hon o'r deunydd canlynol. Nodyn: Efallai bod y deunydd wedi'i olygu o ran hyd a chynnwys. Am ragor o wybodaeth, cysylltwch â'r ffynhonnell a ddyfynnwyd.
Amser postio: Tach-22-2021
