Isi formulir di bawah ini dan kami akan mengirimkan email versi PDF “Peningkatan teknologi baru untuk mengubah karbon dioksida menjadi bahan bakar cair”
Karbon dioksida (CO2) adalah produk dari pembakaran bahan bakar fosil dan gas rumah kaca yang paling umum, yang dapat diubah kembali menjadi bahan bakar yang berguna secara berkelanjutan.Salah satu cara yang menjanjikan untuk mengubah emisi CO2 menjadi bahan bakar adalah proses yang disebut reduksi elektrokimia.Tetapi agar layak secara komersial, prosesnya perlu ditingkatkan untuk memilih atau menghasilkan lebih banyak produk kaya karbon yang diinginkan.Sekarang, seperti yang dilaporkan dalam jurnal Nature Energy, Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley (Lab Berkeley) 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, itu tidak memberikan selektivitas yang tinggi untuk produk yang diinginkan," kata Alexis, seorang ilmuwan senior di Departemen Ilmu Kimia di Berkeley Lab dan seorang profesor teknik kimia di Universitas. dari California, Berkeley.Kata mantra.“Tim kami menemukan bahwa Anda dapat menggunakan lingkungan lokal dari katalis untuk melakukan berbagai trik untuk memberikan selektivitas semacam ini.”
Dalam studi 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 tipikal yang menggunakan bahan konduktif berbasis air.
Untuk menentukan desain yang dapat digunakan di 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, mereka sangat cocok untuk memberikan dampak yang kuat pada lingkungan mikro.
Chanyeon Kim, seorang peneliti postdoctoral di grup Bell dan penulis pertama makalah ini, mengusulkan untuk melapisi permukaan katalis tembaga dengan dua ionomer umum, Nafion dan Sustainion.Tim berhipotesis bahwa melakukan hal itu akan mengubah lingkungan di dekat katalis—termasuk pH dan jumlah air dan karbon dioksida—dengan cara tertentu untuk mengarahkan reaksi guna menghasilkan produk kaya karbon yang dapat dengan mudah diubah menjadi bahan kimia yang berguna.Produk dan bahan bakar cair.
Para peneliti menerapkan 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 sisipkan di dekat salah satu ujung sel elektrokimia berbentuk tangan.Saat menyuntikkan karbon dioksida ke dalam baterai dan menerapkan voltase, mereka mengukur arus total yang mengalir melalui baterai.Kemudian mereka mengukur gas dan cairan yang dikumpulkan di reservoir yang berdekatan selama reaksi.Untuk wadah dua lapis, mereka menemukan bahwa produk kaya karbon menyumbang 80% energi yang dikonsumsi oleh reaksi—lebih tinggi dari 60% pada wadah yang tidak dilapisi.
“Lapisan sandwich ini memberikan yang terbaik dari kedua dunia: selektivitas produk yang tinggi dan aktivitas yang tinggi,” kata Bell.Permukaan dua lapis tidak hanya bagus untuk produk kaya karbon, tetapi juga menghasilkan arus yang kuat pada saat yang bersamaan, yang menunjukkan peningkatan aktivitas.
Para peneliti menyimpulkan bahwa respon yang lebih baik adalah hasil dari konsentrasi CO2 yang tinggi yang terakumulasi dalam lapisan langsung di atas tembaga.Selain itu, molekul bermuatan negatif yang menumpuk di daerah antara dua 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: voltase berdenyut.Dengan menerapkan voltase berdenyut ke lapisan ionomer lapisan ganda, para peneliti mencapai peningkatan 250% pada produk kaya karbon dibandingkan dengan tembaga yang tidak dilapisi dan voltase 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 benar-benar baru, tetapi menggunakan pemahaman kami tentang kinetika reaksi dan menggunakan pengetahuan ini untuk memandu kami memikirkan cara mengubah lingkungan di lokasi katalis,” kata Adam Weber, seorang insinyur senior.Ilmuwan di bidang teknologi energi di Berkeley Laboratories dan rekan penulis makalah.
Langkah selanjutnya adalah memperluas produksi katalis berlapis.Eksperimen pendahuluan 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 coating pada permukaan yang rata.Tetapi metode komersial mungkin melibatkan pelapisan bola tembaga kecil, ”kata Bell.Menambahkan lapisan pelapis kedua menjadi tantangan.Salah satu kemungkinannya adalah dengan mencampur dan mendepositkan kedua pelapis bersama dalam pelarut, dan berharap keduanya terpisah saat pelarut menguap.Bagaimana jika tidak?Bell menyimpulkan: "Kita hanya perlu menjadi lebih pintar."Lihat Kim C, Bui JC, Luo X dan lainnya.Lingkungan mikro katalis yang disesuaikan untuk elektro-reduksi CO2 menjadi produk multi-karbon menggunakan lapisan ionomer lapis 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 panjang dan isinya.Untuk informasi lebih lanjut, silakan hubungi sumber yang dikutip.
Waktu posting: Nov-22-2021
