Isi formulir di bawah ini dan kami akan mengirimi Anda email versi PDF dari "Perbaikan Teknologi Baru untuk Mengubah Karbon Dioksida Menjadi Bahan Bakar Cair"
Karbon dioksida (CO2) adalah produk dari bahan bakar fosil pembakaran dan gas rumah kaca yang paling umum, yang dapat dikonversi kembali menjadi bahan bakar yang bermanfaat secara berkelanjutan. Salah satu cara yang menjanjikan untuk mengubah emisi CO2 menjadi bahan baku bahan bakar adalah proses yang disebut pengurangan elektrokimia. Tetapi agar layak secara komersial, proses perlu ditingkatkan untuk memilih atau menghasilkan produk kaya karbon yang lebih diinginkan. Sekarang, seperti yang dilaporkan dalam jurnal Nature Energy, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) telah mengembangkan metode baru untuk meningkatkan permukaan katalis tembaga yang digunakan untuk reaksi tambahan, sehingga meningkatkan selektivitas proses.
"Meskipun kita tahu bahwa tembaga adalah katalis terbaik untuk reaksi ini, itu tidak memberikan selektivitas tinggi untuk produk yang diinginkan," kata Alexis, seorang ilmuwan senior di Departemen Ilmu Kimia di Berkeley Lab dan seorang profesor teknik kimia di University of California, Berkeley. Kata mantra. “Tim kami menemukan bahwa Anda dapat menggunakan lingkungan lokal Catalyst untuk melakukan berbagai trik untuk memberikan selektivitas semacam ini.”
Dalam penelitian sebelumnya, para peneliti telah menetapkan kondisi yang tepat untuk menyediakan lingkungan listrik dan kimia terbaik untuk menciptakan produk yang kaya karbon dengan nilai komersial. Tetapi kondisi ini bertentangan dengan kondisi yang secara alami terjadi pada sel bahan bakar khas menggunakan bahan konduktif berbasis air.
Untuk menentukan desain yang dapat digunakan dalam lingkungan air sel bahan bakar, sebagai bagian dari proyek Pusat Inovasi Energi dari Aliansi Sinar Matahari Liquid Kementerian Energi, Bell dan timnya beralih ke lapisan tipis ionomer, yang memungkinkan molekul bermuatan tertentu (ion) untuk melewati. Mengecualikan ion lain. Karena sifat kimianya yang sangat selektif, mereka sangat cocok untuk memiliki dampak kuat pada lingkungan mikro.
Chanyeon Kim, seorang peneliti postdoctoral dalam kelompok lonceng dan penulis pertama makalah ini, mengusulkan untuk melapisi permukaan katalis tembaga dengan dua ionomer umum, nafion dan keberlanjutan. Tim berhipotesis bahwa melakukan hal itu harus mengubah lingkungan di dekat katalis-termasuk pH dan jumlah air dan karbon dioksida-dalam beberapa cara untuk mengarahkan reaksi untuk menghasilkan produk kaya karbon yang dapat dengan mudah dikonversi menjadi bahan kimia yang bermanfaat. Produk dan bahan bakar cair.
Para peneliti menerapkan lapisan tipis dari masing-masing ionomer dan lapisan ganda dua ionomer ke film tembaga yang didukung oleh bahan polimer untuk membentuk film, yang dapat mereka masukkan di dekat satu ujung sel elektrokimia berbentuk tangan. Saat menyuntikkan karbon dioksida ke dalam baterai dan menerapkan tegangan, mereka mengukur total arus yang mengalir melalui baterai. Kemudian mereka mengukur gas dan cairan yang dikumpulkan di reservoir yang berdekatan selama reaksi. Untuk kasus dua lapis, mereka menemukan bahwa produk yang kaya karbon menyumbang 80% dari energi yang dikonsumsi oleh reaksi-lebih tinggi dari 60% dalam kasus yang tidak dilapisi.
"Lapisan sandwich ini memberikan yang terbaik dari kedua dunia: selektivitas produk tinggi dan aktivitas tinggi," kata Bell. Permukaan lapis ganda tidak hanya baik untuk produk yang kaya karbon, tetapi juga menghasilkan arus yang kuat pada saat yang sama, menunjukkan peningkatan aktivitas.
Para peneliti menyimpulkan bahwa respons yang lebih baik adalah hasil dari konsentrasi CO2 tinggi yang terakumulasi dalam lapisan langsung di atas tembaga. Selain itu, molekul bermuatan negatif yang menumpuk di wilayah antara kedua ionomer akan menghasilkan keasaman lokal yang lebih rendah. Kombinasi ini mengimbangi trade-off konsentrasi yang cenderung terjadi tanpa adanya film ionomer.
Untuk lebih meningkatkan efisiensi reaksi, para peneliti beralih ke teknologi yang sebelumnya terbukti yang tidak memerlukan film ionomer sebagai metode lain untuk meningkatkan tegangan CO2 dan pH: berdenyut. Dengan menerapkan tegangan berdenyut pada lapisan ionomer lapisan ganda, para peneliti mencapai peningkatan 250% dalam produk kaya karbon dibandingkan dengan tembaga yang tidak dilapisi dan tegangan statis.
Meskipun beberapa peneliti memfokuskan pekerjaan mereka pada pengembangan katalis baru, penemuan katalis tidak memperhitungkan kondisi operasi. Mengontrol lingkungan pada permukaan katalis adalah metode baru dan berbeda.
“Kami tidak menghasilkan katalis yang sama sekali baru, tetapi menggunakan pemahaman kami tentang kinetika reaksi dan menggunakan pengetahuan ini untuk membimbing kami dalam berpikir tentang bagaimana mengubah lingkungan situs Catalyst,” kata Adam Weber, seorang insinyur senior. Ilmuwan di bidang teknologi energi di Berkeley Laboratories dan rekan penulis makalah.
Langkah selanjutnya adalah memperluas produksi katalis yang dilapisi. Eksperimen awal tim Lab Berkeley melibatkan sistem model datar kecil, yang jauh lebih sederhana daripada struktur berpori area besar yang diperlukan untuk aplikasi komersial. "Tidak sulit untuk menerapkan lapisan pada permukaan yang datar. Tetapi metode komersial mungkin melibatkan lapisan bola tembaga kecil," kata Bell. Menambahkan lapisan lapisan kedua menjadi menantang. Salah satu kemungkinan adalah mencampur dan menyimpan dua pelapis bersama -sama dalam pelarut, dan berharap mereka memisahkan ketika pelarut menguap. Bagaimana jika mereka tidak? Bell menyimpulkan: "Kita hanya perlu lebih pintar." Lihat Kim C, Bui JC, Luo X dan lainnya. Lingkungan mikro katalis yang disesuaikan untuk reduksi elektro CO2 menjadi produk multi-karbon menggunakan lapisan ionomer lapisan ganda pada tembaga. Energi Nat. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Artikel ini direproduksi dari materi berikut. Catatan: Materi mungkin telah diedit untuk panjang dan konten. Untuk informasi lebih lanjut, silakan hubungi sumber yang dikutip.
Waktu posting: Nov-22-2021
