يكتشف الباحثون محفزًا كهربائيًا جديدًا لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود سائل.

0 49

تعمل المحفزات على تسريع التفاعلات الكيميائية وتشكل العمود الفقري للعديد من العمليات الصناعية. فعلى سبيل المثال تعتبر المحفزات ضرورية لتحويل الزيت الثقيل إلى بنزين أو وقود للطائرات. حاليًا، تشارك المحفزات في أكثر من 80 بالمائة من المنتجات المصنعة.

اكتشف فريق بحثي بقيادة مختبر أرغون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE) بالتعاون مع جامعة شمال إلينوي، محفزًا كهربائيًا جديدًا يحول ثاني أكسيد الكربون (CO2) والماء باستخدام الطاقة إلى إيثانول بكفاءة عالية وانتقائية عالية للمنتج النهائي المطلوب وبتكلفة منخفضة. حيث يعتبر الإيثانول سلعة مرغوبة بشكل كبير لأنه مكون أساسي للبنزين الأمريكي ويستخدم على نطاق واسع كمنتج وسيط في الصناعات الكيماوية والأدوية ومستحضرات التجميل.

قال دي جيا ليو، الكيميائي في قسم العلوم والهندسة الكيميائية في أرغون وعالم في مدرسة بريتزكر، بتخصص هندسة الجزيئات التابعة جامعة شيكاغو: “إن العملية الناتجة عن المحفز الخاص بنا ستساهم في الاقتصاد الدائري للكربون، والذي يستلزم إعادة استخدام ثاني أكسيد الكربون”. يمكن لهذه العملية القيام بذلك عن طريق التحويل الكهروكيميائي لثاني أكسيد الكربون المنبعث من العمليات الصناعية، مثل محطات توليد الطاقة بالوقود أو محطات تخمير الكحول، إلى سلع قيمة بتكلفة معقولة.

يتكون محفز الفريق من نحاس مشتت ذريًا على دعامة من مسحوق الكربون. من خلال التفاعل الكهروكيميائي، حيث يقوم هذا المحفز بتكسير ثاني أكسيد الكربون وجزيئات الماء وإعادة تجميع الجزيئات المكسورة بشكل انتقائي إلى إيثانول تحت مجال كهربائي خارجي. إن انتقائية التحفيز الكهربائي، أو “كفاءة فارادايك” للعملية تزيد عن 90 في المائة، وهي أعلى بكثير من أي عملية أخرى استخدمت. علاوة على ذلك، يعمل المحفز بثبات أثناء التشغيل الممتد وبجهد منخفض.

قال تاو زو، أستاذ الكيمياء الفيزيائية وتكنولوجيا النانو في جامعة إلينوي الشمالية: «من خلال هذا البحث، اكتشفنا آلية تحفيزية جديدة لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى إيثانول». « توفر هذه الآلية أيضًا أساسًا لتطوير محفزات كهربائية عالية الكفاءة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مجموعة واسعة من المواد الكيميائية ذات القيمة المضافة».

نظرًا لأن ثاني أكسيد الكربون جزيء مستقر، فإن تحويله إلى جزيء مختلف عادة ما يكون مكلفًا. ومع ذلك، وفقًا لـيو، “يمكننا الجمع بين العملية الكهروكيميائية لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى الإيثانول باستخدام محفزنا إلى الشبكة الكهربائية والاستفادة من الكهرباء منخفضة التكلفة المتاحة من مصادر متجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح خلال ساعات الذروة. ” نظرًا لأن العملية تعمل في درجات حرارة وضغط منخفضين، فيمكن أن تبدأ وتتوقف بسرعة استجابة للإمداد المتقطع بالكهرباء المتجددة.

استفاد بحث الفريق من اثنين من المرافق العلمية التابعة لمكتب الطاقة التابع لوزارة الطاقة في أرجون – مصدر الفوتون المتقدم (APS) ومركز المواد النانوية (CNM) – بالإضافة إلى مركز موارد الحوسبة المختبرية في( Argonne LCRC). قال تاو لي، الأستاذ المساعد في قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية في شمال إلينوي وعالم مساعد في قسم علوم الأشعة السينية في Argonne: “بفضل التدفق العالي للفوتون لحزم الأشعة السينية في APS، قمنا بالتقاط التغييرات الهيكلية للمحفز أثناء التفاعل الكهروكيميائي. وقد كشفت هذه البيانات جنبًا إلى جنب مع الفحص المجهري الإلكتروني عالي الدقة في CNM والنمذجة الحسابية باستخدام LCRC تحولًا عكسيًا من النحاس المشتت ذريًا إلى مجموعات من ثلاث ذرات نحاسية لكل منها جهد منخفض. الجهد الكهربي: يحدث التحفيز من ثاني أكسيد الكربون إلى الإيثانول في هذه التجمعات النحاسية الصغيرة، وتلقي هذه النتيجة الضوء على طرق تحسين المحفز من خلال التصميم المنطقي.

قال ليو: «لقد أعددنا الكثير من المحفزات الجديدة باستخدام هذا النهج ووجدنا أنها جميعها ذات كفاءة عالية في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى هيدروكربونات أخرى ونخطط لمواصلة هذا البحث بالتعاون مع الصناعة لتعزيز هذه التكنولوجيا الواعدة

برس 361

قد يعجبك ايضا

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

361 news