Новая технология улучшает преобразование углекислого газа в жидкое топливо

Перспективным способом превращения выбросов CO2 в сырье для топлива является процесс, известный как электрохимическое восстановление. Но для того, чтобы быть коммерчески жизнеспособным, процесс должен быть улучшен для отбора или получения большего количества желаемых продуктов с высоким содержанием углерода.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Energy.

Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли улучшили селективность процесса, разработав новый подход к модификации поверхности медных катализаторов, используемых для облегчения реакции.

«Хотя мы знаем, что медь является лучшим катализатором этой реакции, она не дает высокой селективности по отношению к желаемым продуктам. Наша группа обнаружила, что вы можете проделывать различные трюки с местной средой катализатора, чтобы обеспечить такую ​​селективность», - сказал Алексис Белл, старший научный сотрудник отделения химических наук лаборатории Беркли и профессор химической инженерии Калифорнийского университета в Беркли.

В предыдущих исследованиях исследователи установили точные условия, которые обеспечили лучшую электрическую и химическую среду для создания коммерчески интересных продуктов, богатых углеродом. Но эти условия противоречат тем, которые естественным образом возникают в типичном топливном элементе, в котором используется проводящий материал на водной основе.

Чтобы определить конструкцию, которую можно было бы использовать в водной среде топливных элементов, Белл и его команда в рамках проекта Energy Innovation Hub Альянса жидкого солнечного света Министерства энергетики обратились к тонким слоям иономеров, полимеров, которые позволяют определенным заряженным молекулам (ионы) проходить, исключая другие. Благодаря своему высокоселективному химическому составу они уникально подходят для сильного влияния на микросреду.

Чанён Ким, постдокторский исследователь в группе Белла и ведущий автор статьи, предложил покрыть поверхность медного катализатора двумя общими иономерами, нафионом и сустейнионом. Команда предположила, что это должно изменить окружающую среду, включая pH, количество воды и CO2, в непосредственной близости от катализатора таким образом, чтобы регулировать реакцию с образованием продуктов, богатых углеродом, которые можно легко преобразовать в полезные химические вещества и жидкое топливо.

Исследователи нанесли тонкий слой каждого иономера, а также бислой обоих иономеров на медные пленки, поддерживаемые полимерным материалом, образуя мембраны, которые они могли вставить около одного конца электрохимической ячейки размером с руку. Подавая CO 2 в ячейку и подавая напряжение, они измеряли полный ток, протекающий через ячейку. Затем они измерили газы и жидкости, которые собирались в соседних резервуарах во время реакции. Для двухслойного случая они обнаружили, что на продукты с высоким содержанием углерода приходилось 80% энергии, потребляемой реакцией, по сравнению с 60% в случае без покрытия.

«Это сэндвич-покрытие сочетает в себе лучшее из обоих миров: высокую селективность продукта и высокую активность. Двухслойная поверхность благоприятствовала не только продуктам, богатым углеродом, но в то же время генерировала сильный электрический ток, что указывало на повышенную активность», - сказал Белл.

Исследователи пришли к выводу, что улучшение реакции было следствием высокой концентрации CO 2, которая накапливалась в слое покрытия непосредственно поверх меди. Кроме того, отрицательно заряженные молекулы, которые скапливались в области между двумя иономерами, создавали низкую локальную кислотность. Эта комбинация противодействовала компромиссу концентрации, который имеет тенденцию происходить в отсутствие иономерных пленок.

Чтобы еще больше повысить эффективность реакции, исследователи обратились к технике, которая была продемонстрирована ранее, без иономерных пленок, как еще один способ увеличения CO2 и pH: импульсное напряжение. Используя импульсное напряжение с двухслойным иономерным покрытием, исследователи достигли 250% -ного увеличения продуктов с высоким содержанием углерода по сравнению с медью без покрытия и статического напряжения.

Хотя некоторые исследователи сосредоточили свою работу на разработке новых катализаторов, при открытии катализатора не учитываются рабочие условия. Управление окружающей средой на поверхности катализатора - это новый и отличный подход.

«Вместо того, чтобы придумывать совершенно новый катализатор, мы взяли то, что мы знаем о кинетике реакции, и использовали эти знания, чтобы направить наши размышления о том, как изменить окружающую среду на участке катализатора», - сказал Адам Вебер, старший специалист, научный сотрудник отдела энергетических технологий Berkeley Lab и соавтор статьи.

Курсор сообщал, что на Луне подтверждено существование холодных ловушек, собирающих углекислый газ.

Кроме этого, в Исландии открыли крупнейшую в мире фабрику по очистке воздуха от углекислого газа.