Karbondioksidi Sıvı Yakıta Dönüştürmek İçin Yeni Elektrokatalizör Keşfedildi.

Karbondioksidi Sıvı Yakıta Dönüştürmek İçin Yeni Elektrokatalizör Keşfedildi.

Katalizörler, kimyasal reaksiyonları hızlandırır ve birçok endüstriyel işlemlerin omurgasını oluşturur. Örneğin, ağır petrolü benzine veya jet yakıtına dönüştürmede çok önemlidirler. Bugün, katalizörler, üretilen tüm ürünlerin yüzde 80’inden fazlasında yer almaktadır.

Kuzey Illinois Üniversitesi ile işbirliği içinde ABD Enerji Bakanlığı’nın (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı tarafından yönetilen bir araştırma ekibi; istenen son ürün ve düşük maliyet için çok yüksek enerji verimliliği ve yüksek seçicilikle, karbondioksiti (CO2) ve suyu etanole dönüştüren yeni bir elektrokatalizör keşfetti.Etanol özellikle arzu edilen bir maldır çünkü neredeyse tüm ABD benzinlerinde bir içeriktir ve kimya, farmasötik(Bir hastalığın tedavisinde kullanılan ilaçlar,ilaçların kimyasal yapısını konu edinen bilim dalı) ve kozmetik endüstrilerinde bir ara ürün olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.

Argonne’nin Kimya Bilimleri ve Mühendislik bölümündeki kıdemli kimyager ve Chicago Üniversitesi Pritzker School of Molecular’da bir UChicago CASE bilimcisi olan Di-Jia Liu, “Katalizörümüzden kaynaklanan süreç, karbondioksitin yeniden kullanılmasını gerektiren dairesel karbon ekonomisine katkıda bulunacaktır.” dedi. Bu işlem, fosil yakıtlı enerji santralleri veya alkol fermantasyon tesisleri gibi endüstriyel işlemlerden yayılan CO2,  elektrokimyasal olarak makul bir maliyetle değerli ürünlere dönüştürülerek yapılacaktır.

Takımın katalizörü, bir karbon tozu desteği üzerinde atomik olarak dağılmış bakırdan oluşuyor. Bir elektrokimyasal reaksiyonla, bu katalizör CO2 ve su moleküllerini parçalar ve parçalanan molekülleri seçici olarak harici bir elektrik alanı altında etanol olarak yeniden birleştirir. Prosesin(süreç) elektrokatalitik seçiciliği veya “Faradaik verimliliği”, bildirilen diğer proseslerden çok daha yüksek, yüzde 90’ın üzerindedir. Dahası, katalizör düşük voltajda uzun süreli işem boyunca kararlı bir şekilde çalışır.

Northern Illinois Üniversitesi’nden fiziksel kimya ve nanoteknoloji profesörü Tao Xu, “Bu araştırmayla, karbondioksit ve suyu etanole dönüştürmek için yeni bir katalitik mekanizma keşfettik.” dedi. “Mekanizma ayrıca, karbondioksidin çok çeşitli katma değerli kimyasallara dönüşümünde yüksek verimli elektrokatalizörlerin geliştirilmesi için bir temel sağlamalıdır.”

CO2 kararlı bir molekül olduğu için, onu farklı bir moleküle dönüştürmek normalde enerji yoğun ve maliyetlidir. Ancak Liu’ya göre, “Katalizörümüzü kullanarak CO2-etanol dönüşümünün elektrokimyasal sürecini elektrik şebekesine bağlayabilir ve yoğun olmayan saatlerde güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir kaynaklardan elde edilen düşük maliyetli elektrikten faydalanabiliriz. ” Süreç düşük sıcaklık ve basınçta çalıştığı için, aralıklı yenilenebilir elektrik arzına yanıt olarak hızla başlayıp durabilir.

Ekibin araştırması, Argonne’deki iki DOE Bilim Ofisi Kullanıcı Tesisinden (Gelişmiş Foton Kaynağı (APS) ve Nano Ölçekli Malzemeler Merkezi (CNM) – Argonne’nin Laboratuar Bilgi İşlem Kaynak Merkezi’nden (LCRC) yararlandı. Northern Illinois Üniversitesi Kimya ve Biyokimya Bölümü’nde yardımcı doçent olan ve Argonne’nin X-ışını Bilimi bölümünde bir yardımcı bilim insanı, Tao Li, “APS’deki X-ışını ışınlarının yüksek foton akışı sayesinde, elektrokimyasal reaksiyon sırasında katalizörün yapısal değişikliklerini yakaladık.” dedi. Bu veriler, CNM’de yüksek çözünürlüklü elektron mikroskopisi ve LCRC kullanılarak hesaplamalı modelleme ile birlikte, atomik olarak dağılmış bakırdan, her biri düşük voltaj uygulanması üzerine üç bakır atomu kümelerine geri dönüşümlü bir dönüşüm olduğunu ortaya koydu. CO2-etanol katalizi bu küçük bakır kümelerinde meydana gelir. Bu bulgu, rasyonel tasarım ile katalizörü daha da geliştirmenin yollarına ışık tutuyor.

Liu, “Bu yaklaşımı kullanarak birkaç yeni katalizör hazırladık ve hepsinin CO2’yi diğer hidrokarbonlara dönüştürmede oldukça verimli olduklarını gördük.” dedi. “Bu gelecek vaat eden teknolojiyi geliştirmek için bu araştırmaya endüstri ile işbirliği içinde devam etmeyi planlıyoruz.”

Çeviri:Simge KARA

Kaynak:More information: Haiping Xu et al, Highly selective electrocatalytic CO2 reduction to ethanol by metallic clusters dynamically formed from atomically dispersed copper, Nature Energy (2020). DOI: 10.1038/s41560-020-0666-x  https://www.nature.com/nenergy/

https://www.anl.gov/

114 Paylaşımlar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Solve : *
9 + 15 =


This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.