കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡിനെ ദ്രാവക ഇന്ധനമാക്കി മാറ്റുന്നത് പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു

താഴെയുള്ള ഫോം പൂരിപ്പിക്കുക, "കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡിനെ ദ്രാവക ഇന്ധനമാക്കി മാറ്റുന്നതിനുള്ള പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യ മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾ" എന്നതിന്റെ PDF പതിപ്പ് ഞങ്ങൾ നിങ്ങൾക്ക് ഇമെയിൽ ചെയ്യും.
ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങൾ കത്തുന്നതിന്റെ ഫലമാണ് കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് (CO2), ഏറ്റവും സാധാരണമായ ഹരിതഗൃഹ വാതകം, ഇത് സുസ്ഥിരമായ രീതിയിൽ ഉപയോഗപ്രദമായ ഇന്ധനങ്ങളാക്കി മാറ്റാൻ കഴിയും. CO2 ഉദ്‌വമനം ഇന്ധന ഫീഡ്‌സ്റ്റോക്കാക്കി മാറ്റുന്നതിനുള്ള ഒരു വാഗ്ദാനമായ മാർഗം ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ റിഡക്ഷൻ എന്ന പ്രക്രിയയാണ്. എന്നാൽ വാണിജ്യപരമായി ലാഭകരമാകണമെങ്കിൽ, കൂടുതൽ ആവശ്യമുള്ള കാർബൺ സമ്പുഷ്ട ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നതിനോ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നതിനോ പ്രക്രിയ മെച്ചപ്പെടുത്തേണ്ടതുണ്ട്. നേച്ചർ എനർജി ജേണലിൽ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തതുപോലെ, ലോറൻസ് ബെർക്ക്‌ലി നാഷണൽ ലബോറട്ടറി (ബെർക്ക്‌ലി ലാബ്) സഹായ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന് ഉപയോഗിക്കുന്ന ചെമ്പ് കാറ്റലിസ്റ്റിന്റെ ഉപരിതലം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള ഒരു പുതിയ രീതി വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്, അതുവഴി പ്രക്രിയയുടെ സെലക്റ്റിവിറ്റി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.
"ഈ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന് ഏറ്റവും മികച്ച ഉൽപ്രേരകമാണ് ചെമ്പ് എന്ന് നമുക്കറിയാമെങ്കിലും, ആവശ്യമുള്ള ഉൽപ്പന്നത്തിന് ഉയർന്ന സെലക്റ്റിവിറ്റി അത് നൽകുന്നില്ല," ബെർക്ക്‌ലി ലാബിലെ കെമിക്കൽ സയൻസസ് വകുപ്പിലെ മുതിർന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞനും ബെർക്ക്‌ലിയിലെ കാലിഫോർണിയ സർവകലാശാലയിലെ കെമിക്കൽ എഞ്ചിനീയറിംഗ് പ്രൊഫസറുമായ അലക്‌സിസ് പറഞ്ഞു. സ്പെൽ പറഞ്ഞു. "ഇത്തരത്തിലുള്ള സെലക്റ്റിവിറ്റി നൽകുന്നതിന് വിവിധ തന്ത്രങ്ങൾ ചെയ്യാൻ നിങ്ങൾക്ക് ഉൽപ്രേരകത്തിന്റെ പ്രാദേശിക പരിസ്ഥിതി ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് ഞങ്ങളുടെ ടീം കണ്ടെത്തി."
വാണിജ്യ മൂല്യമുള്ള കാർബൺ സമ്പുഷ്ടമായ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് ഏറ്റവും മികച്ച വൈദ്യുത, ​​രാസ അന്തരീക്ഷം നൽകുന്നതിന് ഗവേഷകർ കൃത്യമായ സാഹചര്യങ്ങൾ മുൻ പഠനങ്ങളിൽ സ്ഥാപിച്ചിട്ടുണ്ട്. എന്നാൽ ഈ അവസ്ഥകൾ ജലത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ചാലക വസ്തുക്കൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന സാധാരണ ഇന്ധന സെല്ലുകളിൽ സ്വാഭാവികമായി സംഭവിക്കുന്ന അവസ്ഥകൾക്ക് വിരുദ്ധമാണ്.
ഊർജ്ജ മന്ത്രാലയത്തിന്റെ ലിക്വിഡ് സൺഷൈൻ അലയൻസിന്റെ എനർജി ഇന്നൊവേഷൻ സെന്റർ പ്രോജക്റ്റിന്റെ ഭാഗമായി, ഇന്ധന സെൽ ജല പരിതസ്ഥിതിയിൽ ഉപയോഗിക്കാവുന്ന രൂപകൽപ്പന നിർണ്ണയിക്കുന്നതിനായി, ബെല്ലും സംഘവും ഒരു നേർത്ത പാളി അയണോമറിലേക്ക് തിരിഞ്ഞു, ഇത് ചില ചാർജ്ജ് ചെയ്ത തന്മാത്രകളെ (അയോണുകൾ) കടന്നുപോകാൻ അനുവദിക്കുന്നു. മറ്റ് അയോണുകളെ ഒഴിവാക്കുക. അവയുടെ ഉയർന്ന സെലക്ടീവ് രാസ ഗുണങ്ങൾ കാരണം, സൂക്ഷ്മ പരിസ്ഥിതിയിൽ ശക്തമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നതിന് അവ പ്രത്യേകിച്ചും അനുയോജ്യമാണ്.
ബെൽ ഗ്രൂപ്പിലെ പോസ്റ്റ്ഡോക്ടറൽ ഗവേഷകനും പ്രബന്ധത്തിന്റെ ആദ്യ രചയിതാവുമായ ചാൻയോൺ കിം, ചെമ്പ് ഉൽപ്രേരകങ്ങളുടെ ഉപരിതലം രണ്ട് സാധാരണ അയണോമറുകൾ, നാഫിയോൺ, സസ്റ്റൈനിയൻ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് പൂശാൻ നിർദ്ദേശിച്ചു. അങ്ങനെ ചെയ്യുന്നത് ഉൽപ്രേരകത്തിന് സമീപമുള്ള പരിസ്ഥിതിയെ - pH, ജലത്തിന്റെയും കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡിന്റെയും അളവ് എന്നിവയുൾപ്പെടെ - മാറ്റണമെന്ന് സംഘം അനുമാനിച്ചു, ഇത് എളുപ്പത്തിൽ ഉപയോഗപ്രദമായ രാസവസ്തുക്കളായി പരിവർത്തനം ചെയ്യാൻ കഴിയുന്ന കാർബൺ സമ്പുഷ്ടമായ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് പ്രതിപ്രവർത്തനത്തെ നയിക്കും. ഉൽപ്പന്നങ്ങളും ദ്രാവക ഇന്ധനങ്ങളും.
ഗവേഷകർ ഓരോ അയണോമറിന്റെയും നേർത്ത പാളിയും രണ്ട് അയണോമറുകളുടെ ഇരട്ട പാളിയും ഒരു പോളിമർ മെറ്റീരിയൽ പിന്തുണയ്ക്കുന്ന ഒരു ചെമ്പ് ഫിലിമിൽ പ്രയോഗിച്ച് ഒരു ഫിലിം രൂപപ്പെടുത്തി, കൈകൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സെല്ലിന്റെ ഒരു അറ്റത്ത് അവർക്ക് ഇത് തിരുകാൻ കഴിയും. ബാറ്ററിയിലേക്ക് കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് കുത്തിവയ്ക്കുകയും വോൾട്ടേജ് പ്രയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, ബാറ്ററിയിലൂടെ ഒഴുകുന്ന മൊത്തം വൈദ്യുതധാര അവർ അളന്നു. തുടർന്ന് പ്രതിപ്രവർത്തന സമയത്ത് അടുത്തുള്ള റിസർവോയറിൽ ശേഖരിക്കുന്ന വാതകവും ദ്രാവകവും അവർ അളന്നു. രണ്ട് പാളികളുള്ള കേസിൽ, പ്രതിപ്രവർത്തനം ഉപയോഗിക്കുന്ന ഊർജ്ജത്തിന്റെ 80% കാർബൺ സമ്പുഷ്ടമായ ഉൽപ്പന്നങ്ങളാണെന്ന് അവർ കണ്ടെത്തി - പൂശാത്ത കേസിൽ 60% ൽ കൂടുതൽ.
"ഈ സാൻഡ്‌വിച്ച് കോട്ടിംഗ് രണ്ട് ലോകങ്ങളിലും ഏറ്റവും മികച്ചത് നൽകുന്നു: ഉയർന്ന ഉൽപ്പന്ന തിരഞ്ഞെടുക്കലും ഉയർന്ന പ്രവർത്തനവും," ബെൽ പറഞ്ഞു. ഇരട്ട-പാളി ഉപരിതലം കാർബൺ സമ്പുഷ്ടമായ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്ക് മാത്രമല്ല, അതേ സമയം ശക്തമായ ഒരു വൈദ്യുതധാര സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനും നല്ലതാണ്, ഇത് പ്രവർത്തനത്തിലെ വർദ്ധനവിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
ചെമ്പിന് മുകളിൽ നേരിട്ട് അടിഞ്ഞുകൂടിയ ഉയർന്ന CO2 സാന്ദ്രതയുടെ ഫലമായാണ് മെച്ചപ്പെട്ട പ്രതികരണം ഉണ്ടായതെന്ന് ഗവേഷകർ നിഗമനം ചെയ്തു. കൂടാതെ, രണ്ട് അയണോമറുകൾക്കിടയിലുള്ള മേഖലയിൽ അടിഞ്ഞുകൂടുന്ന നെഗറ്റീവ് ചാർജ്ഡ് തന്മാത്രകൾ കുറഞ്ഞ പ്രാദേശിക അസിഡിറ്റി ഉണ്ടാക്കും. അയണോമർ ഫിലിമുകളുടെ അഭാവത്തിൽ സംഭവിക്കുന്ന സാന്ദ്രതാ ട്രേഡ്-ഓഫുകളെ ഈ സംയോജനം ഓഫ്‌സെറ്റ് ചെയ്യുന്നു.
പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ കാര്യക്ഷമത കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനായി, CO2 ഉം pH ഉം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള മറ്റൊരു രീതിയായി, അയണോമർ ഫിലിം ആവശ്യമില്ലാത്ത, മുമ്പ് തെളിയിക്കപ്പെട്ട ഒരു സാങ്കേതികവിദ്യയിലേക്ക് ഗവേഷകർ തിരിഞ്ഞു: പൾസ്ഡ് വോൾട്ടേജ്. ഇരട്ട-പാളി അയണോമർ കോട്ടിംഗിൽ പൾസ്ഡ് വോൾട്ടേജ് പ്രയോഗിച്ചുകൊണ്ട്, അൺകോട്ട് ചെയ്ത ചെമ്പ്, സ്റ്റാറ്റിക് വോൾട്ടേജ് എന്നിവയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ കാർബൺ സമ്പുഷ്ടമായ ഉൽപ്പന്നങ്ങളിൽ ഗവേഷകർ 250% വർദ്ധനവ് നേടി.
ചില ഗവേഷകർ പുതിയ ഉൽപ്രേരകങ്ങളുടെ വികസനത്തിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, ഉൽപ്രേരകത്തിന്റെ കണ്ടെത്തൽ പ്രവർത്തന സാഹചര്യങ്ങൾ കണക്കിലെടുക്കുന്നില്ല. ഉൽപ്രേരകത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ പരിസ്ഥിതി നിയന്ത്രിക്കുന്നത് പുതിയതും വ്യത്യസ്തവുമായ ഒരു രീതിയാണ്.
"ഞങ്ങൾ പൂർണ്ണമായും പുതിയൊരു ഉൽപ്രേരകം കൊണ്ടുവന്നില്ല, മറിച്ച് പ്രതിപ്രവർത്തന ചലനാത്മകതയെക്കുറിച്ചുള്ള ഞങ്ങളുടെ അറിവ് ഉപയോഗിച്ച് ഉൽപ്രേരക സൈറ്റിന്റെ പരിസ്ഥിതി എങ്ങനെ മാറ്റാമെന്ന് ചിന്തിക്കാൻ ഞങ്ങളെ നയിച്ചു," സീനിയർ എഞ്ചിനീയർ ആദം വെബർ പറഞ്ഞു. ബെർക്ക്‌ലി ലബോറട്ടറികളിലെ ഊർജ്ജ സാങ്കേതിക മേഖലയിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞരും പ്രബന്ധങ്ങളുടെ സഹ രചയിതാവുമായ ആദം വെബർ.
അടുത്ത ഘട്ടം പൂശിയ കാറ്റലിസ്റ്റുകളുടെ ഉത്പാദനം വികസിപ്പിക്കുക എന്നതാണ്. ബെർക്ക്‌ലി ലാബ് ടീമിന്റെ പ്രാഥമിക പരീക്ഷണങ്ങളിൽ ചെറിയ ഫ്ലാറ്റ് മോഡൽ സിസ്റ്റങ്ങൾ ഉൾപ്പെട്ടിരുന്നു, അവ വാണിജ്യ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് ആവശ്യമായ വലിയ-വിസ്തീർണ്ണ പോറസ് ഘടനകളേക്കാൾ വളരെ ലളിതമായിരുന്നു. “പരന്ന പ്രതലത്തിൽ ഒരു കോട്ടിംഗ് പ്രയോഗിക്കുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള കാര്യമല്ല. എന്നാൽ വാണിജ്യ രീതികളിൽ ചെറിയ ചെമ്പ് ബോളുകൾ പൂശുന്നത് ഉൾപ്പെട്ടേക്കാം,” ബെൽ പറഞ്ഞു. കോട്ടിംഗിന്റെ രണ്ടാമത്തെ പാളി ചേർക്കുന്നത് വെല്ലുവിളി നിറഞ്ഞതായിത്തീരുന്നു. രണ്ട് കോട്ടിംഗുകളും ഒരു ലായകത്തിൽ കലർത്തി നിക്ഷേപിക്കുക, ലായകം ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുമ്പോൾ അവ വേർപെടുത്തുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുക എന്നതാണ് ഒരു സാധ്യത. അവ അങ്ങനെ ചെയ്തില്ലെങ്കിൽ എന്തുചെയ്യും? ബെൽ ഉപസംഹരിച്ചു: “നമ്മൾ കൂടുതൽ മിടുക്കരായിരിക്കണം.” കിം സി, ബുയി ജെസി, ലുവോ എക്സ്, മറ്റുള്ളവരെ കാണുക. ചെമ്പിൽ ഇരട്ട-പാളി അയണോമർ കോട്ടിംഗ് ഉപയോഗിച്ച് മൾട്ടി-കാർബൺ ഉൽപ്പന്നങ്ങളിലേക്ക് CO2 ഇലക്ട്രോ-കുറയ്ക്കുന്നതിനുള്ള ഇഷ്ടാനുസൃത കാറ്റലിസ്റ്റ് മൈക്രോ എൻവയോൺമെന്റ്. നാറ്റ് എനർജി. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
ഈ ലേഖനം താഴെ പറയുന്ന കാര്യങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി പുനർനിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നു. കുറിപ്പ്: ദൈർഘ്യത്തിലും ഉള്ളടക്കത്തിലും മാറ്റം വരുത്തിയിരിക്കാം. കൂടുതൽ വിവരങ്ങൾക്ക്, ദയവായി പരാമർശിച്ചിരിക്കുന്ന ഉറവിടവുമായി ബന്ധപ്പെടുക.