नई तकनीक तरल ईंधन में कार्बन डाइऑक्साइड के रूपांतरण में सुधार करती है

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कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) जलाने वाले जीवाश्म ईंधन और सबसे आम ग्रीनहाउस गैस का उत्पाद है, जिसे वापस एक स्थायी तरीके से उपयोगी ईंधन में परिवर्तित किया जा सकता है। CO2 उत्सर्जन को ईंधन फीडस्टॉक में बदलने का एक आशाजनक तरीका एक प्रक्रिया है जिसे इलेक्ट्रोकेमिकल कमी कहा जाता है। लेकिन व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य होने के लिए, अधिक वांछित कार्बन-समृद्ध उत्पादों का चयन करने या उत्पादन करने के लिए प्रक्रिया में सुधार करने की आवश्यकता है। अब, जैसा कि जर्नल नेचर एनर्जी में बताया गया है, लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी (बर्कले लैब) ने सहायक प्रतिक्रिया के लिए उपयोग किए जाने वाले तांबे के उत्प्रेरक की सतह को बेहतर बनाने के लिए एक नई विधि विकसित की है, जिससे प्रक्रिया की चयनात्मकता बढ़ रही है।
"हालांकि हम जानते हैं कि कॉपर इस प्रतिक्रिया के लिए सबसे अच्छा उत्प्रेरक है, यह वांछित उत्पाद के लिए उच्च चयनात्मकता प्रदान नहीं करता है," बर्कले लैब में केमिकल साइंसेज विभाग के एक वरिष्ठ वैज्ञानिक और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले में केमिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर एलेक्सिस ने कहा। स्पेल ने कहा। "हमारी टीम ने पाया कि आप इस तरह की चयनात्मकता प्रदान करने के लिए विभिन्न ट्रिक्स करने के लिए उत्प्रेरक के स्थानीय वातावरण का उपयोग कर सकते हैं।"
पिछले अध्ययनों में, शोधकर्ताओं ने वाणिज्यिक मूल्य के साथ कार्बन-समृद्ध उत्पाद बनाने के लिए सर्वोत्तम विद्युत और रासायनिक वातावरण प्रदान करने के लिए सटीक परिस्थितियों की स्थापना की है। लेकिन ये स्थितियां उन स्थितियों के विपरीत हैं जो स्वाभाविक रूप से पानी-आधारित प्रवाहकीय सामग्रियों का उपयोग करके विशिष्ट ईंधन कोशिकाओं में होती हैं।
ईंधन सेल जल वातावरण में उपयोग किए जाने वाले डिजाइन को निर्धारित करने के लिए, ऊर्जा के तरल सनशाइन गठबंधन मंत्रालय के ऊर्जा नवाचार केंद्र परियोजना के हिस्से के रूप में, बेल और उनकी टीम ने आयनोमर की एक पतली परत की ओर रुख किया, जो कुछ आवेशित अणुओं (आयनों) को गुजरने की अनुमति देता है। अन्य आयनों को बाहर करें। उनके अत्यधिक चयनात्मक रासायनिक गुणों के कारण, वे विशेष रूप से माइक्रोएन्वायरमेंट पर एक मजबूत प्रभाव डालने के लिए उपयुक्त हैं।
बेल ग्रुप में एक पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता और पेपर के पहले लेखक चानियोन किम ने दो सामान्य आयनोमर्स, नफियन और सस्टेनेन के साथ तांबे के उत्प्रेरक की सतह को कोट करने का प्रस्ताव दिया। टीम ने परिकल्पना की कि ऐसा करने से उत्प्रेरक के पास पर्यावरण को बदलना चाहिए-जिसमें पीएच और पानी और कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा शामिल है-किसी तरह से कार्बन-समृद्ध उत्पादों का उत्पादन करने के लिए प्रतिक्रिया को निर्देशित करने के लिए जिन्हें आसानी से उपयोगी रसायनों में परिवर्तित किया जा सकता है। उत्पाद और तरल ईंधन।
शोधकर्ताओं ने प्रत्येक आयनोमर की एक पतली परत और दो आयनोमर्स की एक दोहरी परत को एक कॉपर फिल्म के लिए एक बहुलक सामग्री द्वारा समर्थित एक फिल्म बनाने के लिए लागू किया, जिसे वे हाथ के आकार के इलेक्ट्रोकेमिकल सेल के एक छोर के पास सम्मिलित कर सकते थे। जब कार्बन डाइऑक्साइड को बैटरी में इंजेक्ट करते हैं और वोल्टेज को लागू करते हैं, तो उन्होंने बैटरी के माध्यम से कुल प्रवाह को मापा। फिर उन्होंने प्रतिक्रिया के दौरान आसन्न जलाशय में एकत्र गैस और तरल को मापा। दो-परत के मामले के लिए, उन्होंने पाया कि कार्बन-समृद्ध उत्पादों में प्रतिक्रिया द्वारा खपत ऊर्जा का 80% हिस्सा था-अनियंत्रित मामले में 60% से अधिक।
"यह सैंडविच कोटिंग दोनों दुनिया का सबसे अच्छा प्रदान करता है: उच्च उत्पाद चयनात्मकता और उच्च गतिविधि," बेल ने कहा। डबल-लेयर सतह न केवल कार्बन-समृद्ध उत्पादों के लिए अच्छी है, बल्कि एक ही समय में एक मजबूत वर्तमान उत्पन्न करती है, जो गतिविधि में वृद्धि का संकेत देती है।
शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि बेहतर प्रतिक्रिया तांबे के शीर्ष पर सीधे कोटिंग में संचित उच्च CO2 एकाग्रता का परिणाम थी। इसके अलावा, नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए अणु जो दो आयनोमर्स के बीच क्षेत्र में जमा होते हैं, वे कम स्थानीय अम्लता का उत्पादन करेंगे। यह संयोजन एकाग्रता व्यापार-बंदों को बंद कर देता है जो आयनोमर फिल्मों की अनुपस्थिति में होते हैं।
प्रतिक्रिया की दक्षता में और सुधार करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पहले से सिद्ध तकनीक की ओर रुख किया, जिसमें CO2 और Ph: स्पंदित वोल्टेज को बढ़ाने के लिए एक अन्य विधि के रूप में आयनोमर फिल्म की आवश्यकता नहीं है। डबल-लेयर आयनोमर कोटिंग के लिए स्पंदित वोल्टेज को लागू करके, शोधकर्ताओं ने अनियोजित तांबे और स्थिर वोल्टेज की तुलना में कार्बन-समृद्ध उत्पादों में 250% की वृद्धि हासिल की।
यद्यपि कुछ शोधकर्ता नए उत्प्रेरक के विकास पर अपने काम पर ध्यान केंद्रित करते हैं, उत्प्रेरक की खोज ऑपरेटिंग स्थितियों को ध्यान में नहीं रखती है। उत्प्रेरक सतह पर पर्यावरण को नियंत्रित करना एक नई और अलग विधि है।
एक वरिष्ठ इंजीनियर एडम वेबर ने कहा, "हम पूरी तरह से नए उत्प्रेरक के साथ नहीं आए, लेकिन प्रतिक्रिया कैनेटीक्स की हमारी समझ का इस्तेमाल किया और इस ज्ञान का उपयोग हमें यह सोचने के लिए किया कि उत्प्रेरक साइट के वातावरण को कैसे बदलना है।" बर्कले लेबोरेटरीज में ऊर्जा प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में वैज्ञानिक और पत्रों के सह-लेखक।
अगला कदम लेपित उत्प्रेरक के उत्पादन का विस्तार करना है। बर्कले लैब टीम के प्रारंभिक प्रयोगों में छोटे फ्लैट मॉडल सिस्टम शामिल थे, जो वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक बड़े क्षेत्र के झरझरा संरचनाओं की तुलना में बहुत सरल थे। "एक सपाट सतह पर कोटिंग को लागू करना मुश्किल नहीं है। लेकिन वाणिज्यिक तरीकों में छोटे तांबे की गेंदों को कोटिंग शामिल हो सकती है," बेल ने कहा। कोटिंग की दूसरी परत जोड़ना चुनौतीपूर्ण हो जाता है। एक संभावना एक विलायक में दो कोटिंग्स को एक साथ मिलाने और जमा करने की है, और आशा है कि जब विलायक वाष्पित हो जाता है तो वे अलग हो जाते हैं। क्या होगा अगर वे नहीं? बेल ने निष्कर्ष निकाला: "हमें बस होशियार होने की जरूरत है।" किम सी, बुई जेसी, लुओ एक्स और अन्य का संदर्भ लें। तांबे पर डबल-लेयर आयनोमर कोटिंग का उपयोग करके मल्टी-कार्बन उत्पादों के लिए CO2 के इलेक्ट्रो-कमी के लिए अनुकूलित उत्प्रेरक माइक्रोएन्वायरमेंट। NAT एनर्जी। 2021; 6 (11): 1026-1034। doi: 10.1038/S41560-021-00920-8
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