Llenwch y ffurflen isod a byddwn yn e-bostio fersiwn PDF o “Gwelliannau technoleg newydd i drosi carbon deuocsid yn danwydd hylifol” atoch.
Mae carbon deuocsid (CO2) yn gynnyrch llosgi tanwyddau ffosil a'r nwy tŷ gwydr mwyaf cyffredin, y gellir ei drawsnewid yn ôl yn danwydd defnyddiol mewn modd cynaliadwy. Un ffordd addawol o drosi allyriadau CO2 yn borthiant tanwydd yw proses a elwir yn lleihau electrocemegol. Ond er mwyn bod yn fasnachol hyfyw, mae angen gwella'r broses i ddewis neu gynhyrchu cynhyrchion carbon-gyfoethog mwy dymunol. 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 yn gwybod mai copr yw’r catalydd gorau ar gyfer yr adwaith hwn, nid yw’n darparu dewis uchel ar gyfer y cynnyrch a ddymunir,” meddai Alexis, uwch wyddonydd yn Adran y Gwyddorau Cemegol yn Berkeley Lab ac athro peirianneg gemegol yn y Brifysgol. o California, Berkeley. Meddai sillafu. “Canfu ein tîm y gallwch chi ddefnyddio amgylchedd lleol y catalydd i wneud triciau amrywiol i ddarparu’r math hwn o ddetholusrwydd.”
Mewn astudiaethau blaenorol, mae ymchwilwyr wedi sefydlu amodau manwl gywir i ddarparu'r amgylchedd trydanol a chemegol gorau ar gyfer creu cynhyrchion carbon-gyfoethog gyda gwerth masnachol. Ond mae'r amodau hyn yn groes i'r amodau sy'n digwydd yn naturiol mewn celloedd tanwydd nodweddiadol gan ddefnyddio deunyddiau dargludol sy'n seiliedig ar ddŵr.
Er mwyn pennu'r dyluniad y gellir ei ddefnyddio yn yr 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 ionomer, sy'n caniatáu codi tâl penodol moleciwlau (ïonau) i basio drwodd. Peidiwch â chynnwys ïonau eraill. Oherwydd eu priodweddau cemegol hynod ddetholus, maent yn arbennig o addas ar gyfer cael effaith gref ar y micro-amgylchedd.
Cynigiodd Chanyeon Kim, ymchwilydd ôl-ddoethurol yn y grŵp Bell ac awdur cyntaf y papur, orchuddio wyneb catalyddion copr â dau ionomer 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.
Cymhwysodd yr ymchwilwyr haen denau o bob ionomer a haen ddwbl o ddau ionomer i ffilm gopr wedi'i hategu gan ddeunydd polymer i ffurfio ffilm, y gallent ei mewnosod ger un pen cell electrocemegol siâp llaw. Wrth chwistrellu carbon deuocsid i'r batri a chymhwyso foltedd, fe wnaethant fesur cyfanswm y cerrynt sy'n llifo trwy'r batri. Yna fe wnaethon nhw fesur y nwy a'r hylif a gasglwyd yn y gronfa ddŵr gyfagos yn ystod yr adwaith. Ar gyfer yr achos dwy haen, canfuwyd bod cynhyrchion carbon-gyfoethog yn cyfrif am 80% o'r ynni a ddefnyddiwyd gan yr adwaith - uwch na 60% yn yr achos heb ei orchuddio.
“Mae'r cotio brechdanau hwn yn darparu'r gorau o'r ddau fyd: dewis cynnyrch uchel a gweithgaredd uchel,” meddai Bell. Mae'r wyneb haen dwbl nid yn unig yn dda ar gyfer cynhyrchion sy'n llawn carbon, ond mae hefyd yn cynhyrchu cerrynt cryf ar yr un pryd, gan ddangos cynnydd mewn gweithgaredd.
Daeth yr ymchwilwyr i'r casgliad bod yr ymateb gwell yn ganlyniad i'r crynodiad CO2 uchel a gronnwyd yn y cotio yn uniongyrchol ar ben y copr. Yn ogystal, bydd moleciwlau â gwefr negyddol sy'n cronni yn y rhanbarth rhwng y ddau ionomer yn cynhyrchu asidedd lleol is. Mae'r cyfuniad hwn yn gwrthbwyso'r cyfaddawdau crynodiadau sy'n tueddu i ddigwydd yn absenoldeb ffilmiau ionomer.
Er mwyn gwella effeithlonrwydd yr adwaith ymhellach, trodd yr ymchwilwyr at dechnoleg a brofwyd yn flaenorol nad oes angen ffilm ionomer arno fel dull arall i gynyddu CO2 a pH: foltedd pwls. Trwy gymhwyso foltedd pwls i'r cotio ionomer haen ddwbl, cyflawnodd yr ymchwilwyr gynnydd o 250% mewn cynhyrchion carbon-gyfoethog 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 wnaethom lunio catalydd cwbl newydd, ond defnyddio ein dealltwriaeth o cineteg adwaith a defnyddio’r wybodaeth hon i’n harwain 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'r broses o gynhyrchu catalyddion â chaenen. Roedd arbrofion rhagarweiniol tîm Berkeley Lab yn cynnwys systemau model fflat bach, a oedd yn llawer symlach na'r strwythurau mandyllog ardal fawr sy'n ofynnol ar gyfer cymwysiadau masnachol. “Nid yw'n anodd gosod gorchudd 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 ddwy haen gyda'i gilydd mewn toddydd, a gobeithio eu bod yn gwahanu pan fydd y toddydd yn anweddu. Beth os nad ydyn nhw? Daeth Bell i’r casgliad: “Mae angen i ni fod yn gallach.” Cyfeiriwch at Kim C, Bui JC, Luo X ac eraill. Microamgylchedd catalydd wedi'i deilwra ar gyfer electro-leihau CO2 i gynhyrchion aml-garbon gan ddefnyddio cotio ionomer haen ddwbl ar gopr. Nat Ynni. 2021; 6(11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Atgynhyrchir yr erthygl hon o'r deunydd canlynol. Sylwer: Mae'n bosibl bod y deunydd wedi'i olygu o ran hyd a chynnwys. Am ragor o wybodaeth, cysylltwch â'r ffynhonnell a ddyfynnwyd.
Amser postio: Tachwedd-22-2021
