Bu makale, Science X'in yayın prosedürleri ve politikalarına uygun olarak incelenmiştir. Editörler, içeriğin bütünlüğünü sağlarken aşağıdaki niteliklere önem vermişlerdir:
Karbondioksit (CO2), hem Dünya üzerindeki yaşam için hayati bir kaynak hem de küresel ısınmaya katkıda bulunan bir sera gazıdır. Günümüzde bilim insanları, yenilenebilir, düşük karbonlu yakıtların ve yüksek değerli kimyasal ürünlerin üretimi için umut vadeden bir kaynak olarak karbondioksiti inceliyorlar.
Araştırmacılar için zorluk, karbondioksiti karbonmonoksit, metanol veya formik asit gibi yüksek kaliteli karbon ara ürünlerine dönüştürmenin verimli ve uygun maliyetli yollarını belirlemektir.
Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı'ndan (NREL) KK Neuerlin liderliğindeki ve Argonne Ulusal Laboratuvarı ile Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki işbirlikçileriyle birlikte çalışan bir araştırma ekibi, bu soruna umut vadeden bir çözüm buldu. Ekip, yüksek enerji verimliliği ve dayanıklılıkla yenilenebilir elektrik kullanarak karbondioksitten formik asit üretmek için bir dönüştürme yöntemi geliştirdi.
"Karbondioksitin formik aside verimli elektrokimyasal dönüşümü için ölçeklenebilir membran elektrot düzeneği mimarisi" başlıklı çalışma, Nature Communications dergisinde yayınlandı.
Formik asit, özellikle kimya veya biyoloji endüstrilerinde hammadde olarak geniş bir uygulama yelpazesine sahip potansiyel bir kimyasal ara maddedir. Formik asit ayrıca temiz havacılık yakıtına biyolojik rafineri yoluyla dönüştürülmesinde hammadde olarak da tanımlanmıştır.
Elektroliz işlemi, elektrolitik hücreye elektriksel potansiyel uygulandığında CO2'nin formik asit gibi kimyasal ara ürünlere veya etilen gibi moleküllere indirgenmesiyle sonuçlanır.
Bir elektrolizördeki membran-elektrot düzeneği (MEA), tipik olarak, bir elektrokatalizör ve bir iyon ileten polimerden oluşan iki elektrot arasına yerleştirilmiş bir iyon ileten membrandan (katyon veya anyon değişim membranı) oluşur.
Ekip, yakıt hücresi teknolojileri ve hidrojen elektrolizi alanındaki uzmanlığını kullanarak, CO2'nin formik aside elektrokimyasal indirgenmesini karşılaştırmak amacıyla elektrolitik hücrelerdeki çeşitli MEA konfigürasyonlarını inceledi.
Ekip, çeşitli tasarımların başarısızlık analizine dayanarak, mevcut malzeme setlerinin sınırlamalarından, özellikle de mevcut anyon değişim membranlarındaki iyon reddi eksikliğinden yararlanmayı ve genel sistem tasarımını basitleştirmeyi amaçladı.
NREL'den KS Neierlin ve Leiming Hu'nun icadı, yeni delikli katyon değişim membranı kullanan geliştirilmiş bir MEA elektrolizörüdür. Bu delikli membran, tutarlı, yüksek seçiciliğe sahip formik asit üretimi sağlar ve hazır bileşenler kullanılarak tasarımı basitleştirir.
Çalışmanın ortak yazarı Neierlin, “Bu çalışmanın sonuçları, formik asit gibi organik asitlerin elektrokimyasal üretiminde bir paradigma değişimini temsil ediyor” dedi. “Delikli membran yapısı, önceki tasarımların karmaşıklığını azaltıyor ve ayrıca diğer elektrokimyasal karbondioksit dönüştürme cihazlarının enerji verimliliğini ve dayanıklılığını artırmak için de kullanılabilir.”
Her bilimsel atılımda olduğu gibi, maliyet faktörlerini ve ekonomik fizibiliteyi anlamak önemlidir. NREL araştırmacıları Zhe Huang ve Tao Ling, farklı departmanlar arasında iş birliği yaparak, yenilenebilir elektriğin maliyeti kilowatt saat başına 2,3 sent veya altında olduğunda, günümüzün endüstriyel formik asit üretim süreçleriyle maliyet eşitliğine ulaşmanın yollarını belirleyen bir teknik-ekonomik analiz sundular.
Neierlin, "Ekip, bu sonuçları piyasada bulunan katalizörler ve polimer membran malzemeleri kullanarak elde ederken, modern yakıt hücrelerinin ve hidrojen elektroliz tesislerinin ölçeklenebilirliğinden yararlanan bir MEA tasarımı oluşturdu" dedi.
“Bu araştırmanın sonuçları, yenilenebilir elektrik ve hidrojen kullanarak karbondioksiti yakıt ve kimyasallara dönüştürmeye yardımcı olabilir ve böylece ölçeklendirme ve ticarileştirme sürecine geçişi hızlandırabilir.”
Elektrokimyasal dönüşüm teknolojileri, NREL'in yeni nesil yenilenebilir hidrojen, sıfır yakıtlar, kimyasallar ve elektrikle çalışan süreçler için malzemelere odaklanan Elektronlardan Moleküllere programının temel bir unsurudur.
NREL'in yakıt üretimi veya kimyasal madde üretimi için elektron transferi ve/veya öncül maddeler stratejisi direktörü Randy Cortright, "Programımız, karbondioksit ve su gibi molekülleri enerji kaynağı olarak kullanılabilecek bileşiklere dönüştürmek için yenilenebilir elektriğin nasıl kullanılabileceğini araştırıyor" dedi.
“Bu elektrokimyasal dönüşüm araştırması, çeşitli elektrokimyasal dönüşüm süreçlerinde kullanılabilecek bir atılım sağlıyor ve bu gruptan daha umut verici sonuçlar bekliyoruz.”
Daha fazla bilgi için: Leiming Hu ve diğerleri, CO2'nin formik aside verimli elektrokimyasal dönüşümü için ölçeklenebilir membran elektrot düzeneği mimarisi, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Bu sayfada bir yazım hatası, yanlışlık bulursanız veya içeriği düzenlemek için bir istekte bulunmak isterseniz lütfen bu formu kullanın. Genel sorularınız için lütfen iletişim formumuzu kullanın. Genel geri bildirimleriniz için lütfen aşağıdaki herkese açık yorumlar bölümünü kullanın (talimatları izleyin).
Geri bildirimleriniz bizim için çok önemli. Ancak, gelen mesajların yoğunluğu nedeniyle kişiselleştirilmiş bir yanıt garantisi veremiyoruz.
E-posta adresiniz yalnızca alıcılara e-postayı kimin gönderdiğini bildirmek için kullanılır. Ne sizin adresiniz ne de alıcının adresi başka hiçbir amaçla kullanılmayacaktır. Girdiğiniz bilgiler e-postanızda görünecek ve Tech Xplore tarafından hiçbir şekilde saklanmayacaktır.
Bu web sitesi, gezinmeyi kolaylaştırmak, hizmetlerimizi kullanımınızı analiz etmek, reklam kişiselleştirme verilerini toplamak ve üçüncü taraflardan içerik sağlamak için çerezler kullanmaktadır. Web sitemizi kullanarak, Gizlilik Politikamızı ve Kullanım Şartlarımızı okuduğunuzu ve anladığınızı kabul etmiş olursunuz.