Bete beheko formularioa eta "Karbono dioxidoa erregai likido bihurtzeko teknologiaren hobekuntza berriak" PDF bertsioa bidaliko dizugu posta elektronikoz.
Karbono dioxidoa (CO2) erregai fosilak erretzean sortzen den produktua da eta berotegi-efektuko gas ohikoena, eta modu iraunkorrean erregai erabilgarri bihur daiteke berriro. CO2 isuriak erregai-lehengai bihurtzeko modu itxaropentsu bat erredukzio elektrokimikoa izeneko prozesua da. Baina komertzialki bideragarria izan dadin, prozesua hobetu behar da nahi diren karbonoan aberatsagoak diren produktuak hautatu edo ekoizteko. Orain, Nature Energy aldizkarian jakinarazi den bezala, Lawrence Berkeley Laborategi Nazionalak (Berkeley Lab) erreakzio laguntzailerako erabiltzen den kobrezko katalizatzailearen gainazala hobetzeko metodo berri bat garatu du, eta horrela prozesuaren selektibitatea handitu.
«Badakigu kobrea dela erreakzio honetarako katalizatzailerik onena, baina ez du nahi den produkturako selektibitate handirik ematen», esan zuen Alexisek, Berkeley Lab-eko Zientzia Kimikoen Saileko zientzialari seniorrak eta Kaliforniako Unibertsitateko (Berkeley) ingeniaritza kimikoko irakasleak. Spellek esan zuen. «Gure taldeak aurkitu zuen katalizatzailearen ingurune lokala erabil daitekeela selektibitate mota hori lortzeko hainbat trikimailu egiteko».
Aurreko ikerketetan, ikertzaileek baldintza zehatzak ezarri dituzte balio komertzialeko karbonoan aberatsak diren produktuak sortzeko ingurune elektriko eta kimiko onena eskaintzeko. Baina baldintza hauek uretan oinarritutako material eroaleak erabiltzen dituzten erregai-pila tipikoetan naturalki gertatzen diren baldintzen aurkakoak dira.
Energia Ministerioaren Liquid Sunshine Alliance-ren Energia Berrikuntza Zentroaren proiektuaren barruan, erregai-pilen ur-ingurunean erabil daitekeen diseinua zehazteko, Bellek eta bere taldeak ionomero geruza fin bat erabili zuten, molekula kargatu batzuei (ioi) igarotzea ahalbidetzen diena. Beste ioiak baztertu. Beren propietate kimiko oso selektiboak direla eta, bereziki egokiak dira mikroingurunean eragin handia izateko.
Chanyeon Kim-ek, Bell taldeko doktorego ondoko ikertzaileak eta artikuluaren lehen egileak, kobrezko katalizatzaileen gainazala bi ionomero arruntekin, Nafion eta Sustainion-ekin, estaltzea proposatu zuen. Taldeak hipotesi gisa planteatu zuen horrek katalizatzailearen inguruko ingurunea aldatu beharko lukeela —pHa eta ur eta karbono dioxido kantitatea barne— nolabait erreakzioa bideratzeko karbonoan aberatsak diren produktuak sortzeko, erraz produktu kimiko erabilgarri bihur daitezkeenak. Produktuak eta erregai likidoak.
Ikertzaileek ionomero bakoitzaren geruza fin bat eta bi ionomeroren geruza bikoitz bat aplikatu zituzten polimero material batek euskarritutako kobrezko film bati, film bat osatzeko, eta film hori esku itxurako zelula elektrokimiko baten mutur batetik gertu txertatu ahal izan zuten. Karbono dioxidoa baterian injektatzean eta tentsioa aplikatzean, bateriatik igarotzen zen korronte osoa neurtu zuten. Ondoren, erreakzioan zehar ondoko biltegian bildutako gasa eta likidoa neurtu zituzten. Bi geruzako kasuan, ikusi zuten karbonoan aberatsak diren produktuek erreakzioak kontsumitzen duen energiaren % 80 osatzen zutela —estali gabeko kasuan % 60 baino gehiago—.
«Sandwich estaldura honek bi munduetako onena eskaintzen du: produktuen selektibitate handia eta jarduera handia», esan zuen Bellek. Geruza bikoitzeko gainazala ez da ona karbonoan aberatsak diren produktuetarako bakarrik, baizik eta korronte indartsu bat sortzen du aldi berean, jarduera handitzen dela adieraziz.
Ikertzaileek ondorioztatu zuten erantzun hobetua kobrearen gainean zuzenean estalduran metatutako CO2 kontzentrazio handiaren ondorioa zela. Gainera, bi ionomeroen arteko eskualdean metatzen diren molekula negatiboki kargatuek tokiko azidotasun txikiagoa sortuko dute. Konbinazio honek ionomero filmen gabezian gertatzen diren kontzentrazio-konpentsazio txarrak konpentsatzen ditu.
Erreakzioaren eraginkortasuna are gehiago hobetzeko, ikertzaileek aurretik frogatutako teknologia batera jo zuten, ionomero-filmik behar ez duena CO2 eta pH-a handitzeko beste metodo gisa: pultsatutako tentsioa. Pultsatutako tentsioa ionomero-geruza bikoitzeko estaldurari aplikatuz, ikertzaileek % 250eko igoera lortu zuten karbonoan aberatsak diren produktuetan, estali gabeko kobrearekin eta tentsio estatikoarekin alderatuta.
Ikerlari batzuek katalizatzaile berrien garapenean jartzen duten arren arreta, katalizatzailearen aurkikuntzak ez ditu kontuan hartzen funtzionamendu-baldintzak. Katalizatzailearen gainazaleko ingurunea kontrolatzea metodo berri eta desberdina da.
«Ez genuen katalizatzaile guztiz berri bat asmatu, baina erreakzio-zinetikaren ulermena erabili genuen eta ezagutza hori erabili genuen katalizatzaile-gunearen ingurunea nola aldatu pentsatzeko», esan zuen Adam Weberrek, ingeniari nagusiak. Berkeley Laboratories-eko energia-teknologiaren arloko zientzialariak eta artikuluen egilekideak.
Hurrengo urratsa katalizatzaile estalien ekoizpena zabaltzea da. Berkeley Lab taldearen aurretiazko esperimentuetan sistema lau txikiak erabili ziren, aplikazio komertzialetarako beharrezkoak diren egitura porotsu handiko azalera baino askoz sinpleagoak zirenak. "Ez da zaila estaldura bat gainazal lau batean aplikatzea. Baina metodo komertzialek kobrezko bola txikiak estaltzea ekar dezakete", esan zuen Bellek. Bigarren estaldura geruza bat gehitzea erronka bihurtzen da. Aukera bat bi estaldurak disolbatzaile batean nahastu eta elkarrekin uztea da, eta disolbatzailea lurruntzen denean bereiztea espero izatea. Zer gertatzen da bereizten ez badira? Bellek ondorioztatu zuen: "Azkarragoak izan behar dugu". Ikusi Kim C, Bui JC, Luo X eta beste batzuk. Customized catalyst microenvironment for electro-reduction of CO2 to multi-carbon products using double-layer ionomer coating on copper. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Artikulu hau ondorengo materialetik erreproduzitu da. Oharra: Baliteke materialaren luzera eta edukia editatzea. Informazio gehiago lortzeko, jarri harremanetan aipatutako iturriarekin.
Argitaratze data: 2021eko azaroaren 22a
