Isi formulir di bawah ini dan kami akan mengirimkan email kepada Anda versi PDF dari “Peningkatan teknologi baru untuk mengubah karbon dioksida menjadi bahan bakar cair”
Karbon dioksida (CO2) adalah produk pembakaran bahan bakar fosil dan gas rumah kaca yang paling umum, yang dapat diubah kembali menjadi bahan bakar bermanfaat secara berkelanjutan. Salah satu cara yang menjanjikan untuk mengubah emisi CO2 menjadi bahan bakar adalah proses yang disebut reduksi elektrokimia. Namun agar layak secara komersial, prosesnya perlu ditingkatkan untuk memilih atau menghasilkan lebih banyak produk kaya karbon yang diinginkan. Kini, seperti dilansir jurnal Nature Energy, Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) telah mengembangkan metode baru untuk memperbaiki permukaan katalis tembaga yang digunakan untuk reaksi tambahan, sehingga meningkatkan selektivitas proses.
“Meskipun kita tahu bahwa tembaga adalah katalis terbaik untuk reaksi ini, tembaga tidak memberikan selektivitas yang tinggi untuk menghasilkan produk yang diinginkan,” kata Alexis, ilmuwan senior di Departemen Ilmu Kimia di Berkeley Lab dan profesor teknik kimia di Universitas. dari Kalifornia, Berkeley. Kata mantra. “Tim kami menemukan bahwa Anda dapat menggunakan katalis lingkungan lokal untuk melakukan berbagai trik guna memberikan selektivitas semacam ini.”
Dalam penelitian sebelumnya, para peneliti telah menetapkan kondisi yang tepat untuk menyediakan lingkungan listrik dan kimia terbaik untuk menciptakan produk kaya karbon dengan nilai komersial. Namun kondisi ini bertolak belakang dengan kondisi yang secara alami terjadi pada sel bahan bakar biasa yang menggunakan bahan konduktif berbahan dasar air.
Untuk menentukan desain yang dapat digunakan dalam lingkungan air sel bahan bakar, sebagai bagian dari proyek Pusat Inovasi Energi dari Liquid Sunshine Alliance Kementerian Energi, Bell dan timnya beralih ke lapisan tipis ionomer, yang memungkinkan muatan tertentu molekul (ion) untuk melewatinya. Kecualikan ion lainnya. Karena sifat kimianya yang sangat selektif, bahan ini sangat cocok untuk memberikan dampak yang kuat terhadap lingkungan mikro.
Chanyeon Kim, peneliti postdoctoral di grup Bell dan penulis pertama makalah tersebut, mengusulkan untuk melapisi permukaan katalis tembaga dengan dua ionomer umum, Nafion dan Sustainion. Tim berhipotesis bahwa hal ini akan mengubah lingkungan di sekitar katalis—termasuk pH dan jumlah air dan karbon dioksida—dalam beberapa cara untuk mengarahkan reaksi untuk menghasilkan produk kaya karbon yang dapat dengan mudah diubah menjadi bahan kimia yang berguna. Produk dan bahan bakar cair.
Para peneliti mengaplikasikan lapisan tipis dari masing-masing ionomer dan lapisan ganda dari dua ionomer ke film tembaga yang didukung oleh bahan polimer untuk membentuk film, yang dapat mereka masukkan di dekat salah satu ujung sel elektrokimia berbentuk tangan. Saat menyuntikkan karbon dioksida ke dalam baterai dan memberikan 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 kaya karbon menyumbang 80% energi yang dikonsumsi oleh reaksi—lebih tinggi dari 60% pada kasus tidak dilapisi.
“Lapisan sandwich ini memberikan yang terbaik dari kedua dunia: selektivitas produk yang tinggi dan aktivitas yang tinggi,” kata Bell. Permukaan lapisan ganda tidak hanya baik untuk produk kaya karbon, tetapi juga menghasilkan arus yang kuat pada saat yang sama, yang menunjukkan peningkatan aktivitas.
Para peneliti menyimpulkan bahwa peningkatan respons ini disebabkan oleh tingginya konsentrasi CO2 yang terakumulasi dalam lapisan langsung di atas tembaga. Selain itu, molekul bermuatan negatif yang terakumulasi di daerah antara kedua ionomer akan menghasilkan keasaman lokal yang lebih rendah. Kombinasi ini mengimbangi pertukaran konsentrasi yang cenderung terjadi tanpa adanya film ionomer.
Untuk lebih meningkatkan efisiensi reaksi, para peneliti beralih ke teknologi yang telah terbukti sebelumnya yang tidak memerlukan film ionomer sebagai metode lain untuk meningkatkan CO2 dan pH: tegangan berdenyut. Dengan menerapkan tegangan berdenyut pada lapisan ionomer dua lapis, para peneliti mencapai peningkatan 250% pada 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 menemukan katalis yang benar-benar baru, namun menggunakan pemahaman kami tentang kinetika reaksi dan menggunakan pengetahuan ini untuk memandu kami memikirkan cara mengubah lingkungan di lokasi katalis,” kata Adam Weber, insinyur senior. Ilmuwan di bidang teknologi energi di Berkeley Laboratories dan rekan penulis makalah.
Langkah selanjutnya adalah memperluas produksi katalis berlapis. Eksperimen awal tim Berkeley Lab melibatkan sistem model datar kecil, yang jauh lebih sederhana daripada struktur berpori area besar yang diperlukan untuk aplikasi komersial. “Tidak sulit untuk mengaplikasikan pelapis pada permukaan yang rata. Namun metode komersial mungkin melibatkan pelapisan bola tembaga kecil,” kata Bell. Menambahkan lapisan pelapis kedua menjadi tantangan. Salah satu kemungkinannya adalah dengan mencampur dan menyimpan kedua lapisan tersebut bersama-sama dalam suatu pelarut, dan berharap keduanya terpisah ketika pelarutnya menguap. Bagaimana jika mereka tidak melakukannya? Bell menyimpulkan: “Kita hanya perlu menjadi lebih pintar.” Merujuk pada Kim C, Bui JC, Luo X dan lain-lain. Lingkungan mikro katalis yang disesuaikan untuk reduksi elektro CO2 menjadi produk multi-karbon menggunakan lapisan ionomer dua lapis 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 panjang dan isinya. Untuk informasi lebih lanjut, silakan hubungi sumber yang dikutip.
Waktu posting: 22 November 2021
