નવી ટેકનોલોજી કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું પ્રવાહી બળતણમાં રૂપાંતર સુધારે છે

નીચે આપેલ ફોર્મ ભરો અને અમે તમને “કાર્બન ડાયોક્સાઇડને પ્રવાહી બળતણમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે નવી ટેકનોલોજી સુધારણા” નું PDF સંસ્કરણ ઇમેઇલ કરીશું.
કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO2) એ અશ્મિભૂત ઇંધણ અને સૌથી સામાન્ય ગ્રીનહાઉસ ગેસના દહનનું ઉત્પાદન છે, જેને ટકાઉ રીતે ઉપયોગી ઇંધણમાં પાછું રૂપાંતરિત કરી શકાય છે. CO2 ઉત્સર્જનને બળતણ ફીડસ્ટોકમાં રૂપાંતરિત કરવાની એક આશાસ્પદ રીત ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ રિડક્શન નામની પ્રક્રિયા છે. પરંતુ વ્યાપારી રીતે સક્ષમ બનવા માટે, વધુ ઇચ્છિત કાર્બન-સમૃદ્ધ ઉત્પાદનો પસંદ કરવા અથવા ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રક્રિયામાં સુધારો કરવાની જરૂર છે. હવે, નેચર એનર્જી જર્નલમાં અહેવાલ મુજબ, લોરેન્સ બર્કલે નેશનલ લેબોરેટરી (બર્કલે લેબ) એ સહાયક પ્રતિક્રિયા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા કોપર ઉત્પ્રેરકની સપાટીને સુધારવા માટે એક નવી પદ્ધતિ વિકસાવી છે, જેનાથી પ્રક્રિયાની પસંદગીમાં વધારો થાય છે.
"જોકે આપણે જાણીએ છીએ કે તાંબુ આ પ્રતિક્રિયા માટે શ્રેષ્ઠ ઉત્પ્રેરક છે, તે ઇચ્છિત ઉત્પાદન માટે ઉચ્ચ પસંદગી પ્રદાન કરતું નથી," બર્કલે લેબના રાસાયણિક વિજ્ઞાન વિભાગના વરિષ્ઠ વૈજ્ઞાનિક અને કેલિફોર્નિયા યુનિવર્સિટી, બર્કલેના રાસાયણિક ઇજનેરીના પ્રોફેસર એલેક્સિસે કહ્યું. સ્પેલએ કહ્યું. "અમારી ટીમે શોધી કાઢ્યું કે તમે આ પ્રકારની પસંદગી પ્રદાન કરવા માટે વિવિધ યુક્તિઓ કરવા માટે ઉત્પ્રેરકના સ્થાનિક વાતાવરણનો ઉપયોગ કરી શકો છો."
અગાઉના અભ્યાસોમાં, સંશોધકોએ વ્યાપારી મૂલ્ય સાથે કાર્બન-સમૃદ્ધ ઉત્પાદનો બનાવવા માટે શ્રેષ્ઠ વિદ્યુત અને રાસાયણિક વાતાવરણ પૂરું પાડવા માટે ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓ સ્થાપિત કરી છે. પરંતુ આ પરિસ્થિતિઓ પાણી-આધારિત વાહક સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને લાક્ષણિક બળતણ કોષોમાં કુદરતી રીતે થતી પરિસ્થિતિઓથી વિપરીત છે.
ઊર્જા મંત્રાલયના લિક્વિડ સનશાઇન એલાયન્સના એનર્જી ઇનોવેશન સેન્ટર પ્રોજેક્ટના ભાગ રૂપે, ફ્યુઅલ સેલ વોટર એન્વાયર્નમેન્ટમાં કઈ ડિઝાઇનનો ઉપયોગ કરી શકાય તે નક્કી કરવા માટે, બેલ અને તેમની ટીમે આયોનોમરના પાતળા સ્તર તરફ વળ્યા, જે ચોક્કસ ચાર્જ થયેલા અણુઓ (આયનો) ને પસાર થવા દે છે. અન્ય આયનોને બાકાત રાખો. તેમના અત્યંત પસંદગીયુક્ત રાસાયણિક ગુણધર્મોને કારણે, તેઓ સૂક્ષ્મ પર્યાવરણ પર મજબૂત અસર કરવા માટે ખાસ કરીને યોગ્ય છે.
બેલ જૂથના પોસ્ટડોક્ટરલ સંશોધક અને પેપરના પ્રથમ લેખક, ચેન્યોન કિમે કોપર ઉત્પ્રેરકની સપાટીને બે સામાન્ય આયોનોમર્સ, નેફિયોન અને સસ્ટેનિયનથી કોટ કરવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. ટીમે અનુમાન લગાવ્યું કે આમ કરવાથી ઉત્પ્રેરકની નજીકના વાતાવરણમાં ફેરફાર થવો જોઈએ - જેમાં pH અને પાણી અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું પ્રમાણ શામેલ છે - જેથી પ્રતિક્રિયા કાર્બન-સમૃદ્ધ ઉત્પાદનો ઉત્પન્ન કરવા માટે દિશામાન થાય જે સરળતાથી ઉપયોગી રસાયણોમાં રૂપાંતરિત થઈ શકે. ઉત્પાદનો અને પ્રવાહી ઇંધણ.
સંશોધકોએ દરેક આયોનોમરનો પાતળો પડ અને બે આયોનોમરનો બેવડો પડ પોલિમર સામગ્રી દ્વારા સપોર્ટેડ કોપર ફિલ્મ પર લગાવીને એક ફિલ્મ બનાવી, જેને તેઓ હાથથી આકારના ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કોષના એક છેડા પાસે દાખલ કરી શકતા હતા. બેટરીમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ દાખલ કરતી વખતે અને વોલ્ટેજ લાગુ કરતી વખતે, તેઓએ બેટરીમાંથી વહેતા કુલ પ્રવાહને માપ્યો. પછી તેઓએ પ્રતિક્રિયા દરમિયાન નજીકના જળાશયમાં એકત્રિત થયેલા ગેસ અને પ્રવાહીને માપ્યું. બે-સ્તરના કેસમાં, તેઓએ જોયું કે કાર્બન-સમૃદ્ધ ઉત્પાદનો પ્રતિક્રિયા દ્વારા વપરાતી ઊર્જાના 80% માટે જવાબદાર હતા - કોટિંગ વગરના કેસમાં 60% કરતા વધારે.
"આ સેન્ડવીચ કોટિંગ બંને વિશ્વનું શ્રેષ્ઠ પ્રદાન કરે છે: ઉચ્ચ ઉત્પાદન પસંદગી અને ઉચ્ચ પ્રવૃત્તિ," બેલે કહ્યું. ડબલ-લેયર સપાટી માત્ર કાર્બન-સમૃદ્ધ ઉત્પાદનો માટે સારી નથી, પરંતુ તે જ સમયે એક મજબૂત પ્રવાહ પણ ઉત્પન્ન કરે છે, જે પ્રવૃત્તિમાં વધારો સૂચવે છે.
સંશોધકોએ તારણ કાઢ્યું કે સુધારેલ પ્રતિભાવ એ તાંબાની ટોચ પર સીધા કોટિંગમાં સંચિત ઉચ્ચ CO2 સાંદ્રતાનું પરિણામ હતું. વધુમાં, બે આયોનોમર વચ્ચેના પ્રદેશમાં સંચિત થતા નકારાત્મક ચાર્જ પરમાણુઓ ઓછી સ્થાનિક એસિડિટી ઉત્પન્ન કરશે. આ સંયોજન આયોનોમર ફિલ્મોની ગેરહાજરીમાં થતા સાંદ્રતા વેપાર-વિવાદોને સરભર કરે છે.
પ્રતિક્રિયાની કાર્યક્ષમતામાં વધુ સુધારો કરવા માટે, સંશોધકોએ અગાઉ સાબિત થયેલી ટેકનોલોજી તરફ વળ્યા જેમાં CO2 અને pH વધારવા માટે બીજી પદ્ધતિ તરીકે આયોનોમર ફિલ્મની જરૂર નથી: પલ્સ્ડ વોલ્ટેજ. ડબલ-લેયર આયોનોમર કોટિંગમાં પલ્સ્ડ વોલ્ટેજ લાગુ કરીને, સંશોધકોએ અનકોટેડ કોપર અને સ્ટેટિક વોલ્ટેજની તુલનામાં કાર્બન-સમૃદ્ધ ઉત્પાદનોમાં 250% વધારો પ્રાપ્ત કર્યો.
જોકે કેટલાક સંશોધકો નવા ઉત્પ્રેરકોના વિકાસ પર પોતાનું કાર્ય કેન્દ્રિત કરે છે, ઉત્પ્રેરકની શોધમાં કાર્યકારી પરિસ્થિતિઓને ધ્યાનમાં લેવામાં આવતી નથી. ઉત્પ્રેરક સપાટી પર પર્યાવરણને નિયંત્રિત કરવું એ એક નવી અને અલગ પદ્ધતિ છે.
"અમે સંપૂર્ણપણે નવા ઉત્પ્રેરક સાથે આવ્યા નથી, પરંતુ પ્રતિક્રિયા ગતિશાસ્ત્રની અમારી સમજનો ઉપયોગ કર્યો અને ઉત્પ્રેરક સ્થળના વાતાવરણને કેવી રીતે બદલવું તે વિશે વિચારવામાં માર્ગદર્શન આપવા માટે આ જ્ઞાનનો ઉપયોગ કર્યો," વરિષ્ઠ ઇજનેર એડમ વેબરે જણાવ્યું. બર્કલે લેબોરેટરીઝમાં ઊર્જા ટેકનોલોજી ક્ષેત્રના વૈજ્ઞાનિકો અને પેપર્સના સહ-લેખક.
આગળનું પગલું કોટેડ ઉત્પ્રેરકના ઉત્પાદનને વિસ્તૃત કરવાનું છે. બર્કલે લેબ ટીમના પ્રારંભિક પ્રયોગોમાં નાના ફ્લેટ મોડેલ સિસ્ટમ્સનો સમાવેશ થતો હતો, જે વ્યાપારી એપ્લિકેશનો માટે જરૂરી મોટા-ક્ષેત્રના છિદ્રાળુ માળખાં કરતાં ઘણી સરળ હતી. "સપાટ સપાટી પર કોટિંગ લાગુ કરવું મુશ્કેલ નથી. પરંતુ વ્યાપારી પદ્ધતિઓમાં નાના તાંબાના દડાને કોટિંગ કરવાનો સમાવેશ થઈ શકે છે," બેલે કહ્યું. કોટિંગનો બીજો સ્તર ઉમેરવાનો પડકારજનક બની જાય છે. એક શક્યતા એ છે કે બે કોટિંગ્સને દ્રાવકમાં એકસાથે મિશ્રિત કરીને જમા કરવામાં આવે, અને આશા રાખવામાં આવે કે દ્રાવક બાષ્પીભવન થાય ત્યારે તેઓ અલગ થઈ જાય. જો તેઓ ન કરે તો શું? બેલે નિષ્કર્ષ કાઢ્યો: "આપણે ફક્ત વધુ સ્માર્ટ બનવાની જરૂર છે." કિમ સી, બુઇ જેસી, લુઓ એક્સ અને અન્યનો સંદર્ભ લો. કોપર પર ડબલ-લેયર આયોનોમર કોટિંગનો ઉપયોગ કરીને CO2 ના ઇલેક્ટ્રો-ઘટાડા માટે કસ્ટમાઇઝ્ડ ઉત્પ્રેરક સૂક્ષ્મ પર્યાવરણ. નેટ એનર્જી. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
આ લેખ નીચેની સામગ્રીમાંથી પુનઃઉત્પાદિત કરવામાં આવ્યો છે. નોંધ: સામગ્રી લંબાઈ અને સામગ્રી માટે સંપાદિત કરવામાં આવી હોઈ શકે છે. વધુ માહિતી માટે, કૃપા કરીને ઉલ્લેખિત સ્ત્રોતનો સંપર્ક કરો.