تبدیل دی اکسید کربن به سوخت های صنعتی

خلاصه

یک روز در آیندهای نه چندان دور، گازهایی که از نیروگاه ها و صنایع سنگین وارد می شوند، به جای نفوذ به اتمسفر، می توانند از گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن به سوخت های صنعتی یا مواد شیمیایی به دلیل سیستم جدیدی که می تواند از انرژی های تجدید پذیر برای کاهش دی اکسید کربن به مونوکسید کربن استفاده کند – یک کالای کلیدی که در تعدادی از فرایندهای صنعتی استفاده می شود به کار گرفته شود.

تبدیل دی اکسید کربن به سوخت های صنعتی

نظر آقای Haotian Wang درباره تبدیل دی اکسید کربن 

Haotian Wang می گوید “برای کشف های بیشتر، گروه من چندین کاتالیزور مبتنی بر مس را توسعه داده است که می تواند CO2 را به محصولاتی که بسیار ارزشمند هستند تبدیل کند.”

روزی را تصور کنید که – به جای اینکه به هوا تبدیل شود، گازهایی که از نیروگاه ها و صنایع سنگین وارد می شوند و به راکتورهای کاتالیزوری تبدیل می شوند که از نظر شیمیایی، گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن را به سوخت های صنعتی یا مواد شیمیایی تبدیل می کنند و تنها اکسیژن را بیرون می دهند.

این آینده ای است که Haotian می گوید ممکن است نزدیک تر از بسیاری باشد.

یکی از همکاران موسسه Rowland در هاروارد، وانگ و همکارانش سیستم بهبود یافته ای را برای استفاده از برق تجدید پذیر برای کاهش دی اکسید کربن به مونوکسید کربن – کالای کلیدی مورد استفاده در تعدادی از فرآیندهای صنعتی است.

نظر آقای وانگ درباره تبدیل دی اکسید کربن 

این سیستم در مقاله ۸ نوامبر منتشر شده در جول، یک مجله ی خبری نسل جدید مطبوعات سلول منتشر شده است.

وان گفت: “ایده امیدوارانه این است که این دستگاه ها را با نیروگاه های زغال سنگ یا سایر صنایع که CO زیادی تولید می کنند، متصل کنند.”

“حدود ۲۰ درصد از این گازها CO هستند، بنابراین اگر شما بتوانید آن ها را به این سلول بسپارید … و با برق پاکیزه ترکیب کنید، به طور بالقوه می توانیم مواد شیمیایی مفید را از این زباله ها به صورت پایدار تولید کنیم و حتی بخشی از این چرخه CO است. ”

وانگ گفت که سیستم جدید نشان دهنده یک حرکت چشمگیر از سوی او و همکارانش است که در ابتدا در مقاله ۲۰۱۷ شیمی اش منتشر شده است.

از آنجا که این سیستم قدیمی به اندازه ی یک تلفن همراه بود و در دو اتاق الکتریکی بود که هر یک از آن ها الکترود را نگه داشت، سیستم جدید ارزان تر است و از غلظت های بالای گاز CO و بخار به کار می رود. وانگ گفت، فقط یک سلول ۱۰ در ۱۰ سانتیمتر می تواند تا ۴ لیتر CO در ساعت تولید کند.

وانگ گفت که سیستم جدید، دو چالش اصلی – هزینه و مقیاس پذیری – که به عنوان محدود کردن رویکرد اولیه دیده می شود را مورد توجه قرار می دهد.

وانگ گفت: “در آن کار قبلی، ما تنها کاتالیست های اتمی نیکل را کشف کردیم که برای کاهش CO به CO بسیار انتخابی هستند … اما یکی از چالش هایی که ما با آن روبرو شدیم این بود که مواد برای تولید و سنتز گران بودند.”

“حمایت ما تکمیل قرارگیری اتم های نیکل بر روی گرافن بود، که اگر شما بخواهید آن را در مقیاس گرم و یا حتی کیلوگرم برای استفاده عملی در آینده به ار گیرید، بسیار پیچیده است و افزایش پیدا می کند.

وی گفت که برای رسیدگی به این مشکل، تیمش آن را تبدیل به یک محصول تجاری کرده است که هزاران بار ارزانتر از گرافن به عنوان حمایت جایگزین – یعنی کربن سیاه است.

چگونگی تبدیل دی اکسید کربن به سوخت های صنعتی

با استفاده از یک فرآیند شبیه به جذب الکترواستاتیک، وانگ و همکاران قادر به جذب نیکل ( شارژ مثبت ) به نقص (منفی شارژ) در نانوذرات کربن سیاه و سفید، با مواد منجر شده است که کم هزینه و بسیار انتخابی برای کاهش CO هستند.

وان گفت: “در حال حاضر، بهترین ما که می توانیم تولید کنیم، گرم است، اما قبلا ما فقط می توانستیم میلی گرم هر بار را تولید کنیم.” “اما این تنها با تجهیزات سنتز ما محدود می شد؛ اگر شما یک تانک بزرگتر داشتید، می توانید کیلوگرم ها یا حتی تن ها از این کاتالیزور را تولید کنید.”

چالش دیگری که وانگ و همکارانش دنبال غلبه بر آن بودند، مرتبط با این واقعیت بودند که سیستم اصلی تنها در یک محلول مایع کار می کرد.

سیستم اولیه با استفاده از یک الکترود در یک محفظه کار می کرد تا مولکول های آب را به اکسیژن و پروتون تبدیل کند. از آنجا که اکسیژن حباب شده بود،

پروتون ها از طریق محلول مایع به داخل اتاق دوم حرکت می کنند، جایی که – با کمک کاتالیزور نیکل – آن ها به CO متصل می شوند و مولکول را از هم جدا می کنند و CO و آب را ترک می کنند. سپس آب می تواند دوباره به اتاق اول بازگردد، جایی که دوباره تقسیم شود و روند دوباره شروع می شود.

مشکلات قبلی تبدیل دی اکسید کربن

او گفت: “مشکل این بود که CO می تواند در این سیستم کاهش یابد، تنها آنهایی که در آب حل شده اند؛ بیشتر مولکول های اطراف کاتالیزور آب هستند”. “تنها میزان ردیابی CO بود، بنابراین بسیار ناکارآمد بود.”

وانگ می گوید: در حالی که ممکن است وسوسه باشد به سادگی افزایش ولتاژ اعمال شده بر روی کاتالیزور برای افزایش سرعت واکنش، که می تواند نتیجه ناخواسته از تقسیم آب، و نه کاهش CO باشد.

وانگ گفت: “اگر CO را به الکترود نزدیک تخلیه کنید، دیگر مولکول ها باید به الکترود نفوذ کرده و زمان زیادی را صرف کنند.” “اما اگر ولتاژ را افزایش دهید، بیشتر احتمال دارد که آب های اطراف این فرصت را برای واکنش نشان دهند و به هیدروژن و اکسیژن تقسیم شوند.”

راه حل ثابت شده نسبتا ساده است – برای جلوگیری از تقسیم آب، کاتالیزور را از محلول خارج کردیم.

او گفت: “ما این آب مایع را با بخار آب جایگزین کردیم و با گاز CO با غلظت بالا تغذیه کردیم.” “بنابراین اگر سیستم قدیمی بیش از ۹۹ درصد آب و کمتر از ۱ درصد CO داشته باشد،

اکنون می توانیم آن را به طور کامل معکوس کنیم و پمپ گاز ۹۷ درصد و تنها ۳ درصد بخار آب را به این سیستم تبدیل کنیم. قبل از اینکه این آب مایع نیز به عنوان یون هادی در سیستم عمل کند، و در حال حاضر ما از غشاهای تبادل یونی استفاده می کنیم به جای کمک به یون ها بدون حرکت مایع آب.

“تاثیر این است که ما می توانیم یک مرتبه از تراکم جرم بالاتری را ارائه دهیم.” “پیش از این، ما حدود ده میلی آمپ بر سانتیمتر مربع داشتیم، اما امروز می توانیم به راحتی ۱۰۰ میلی امپ افزایشش دهیم.”

آینده این ابداع :

وانگ گفت، رفتن رو به جلو، به چالش کشیدن سیستم را در پی دارد – به خصوص در رابطه با ثبات است.

او گفت: “اگر می خواهید از این برای تاثیر گذاری اقتصادی یا محیط زیست استفاده کنید، باید یک هزار و یک ساعت عملیات مستمر داشته باشید.”

“اکنون ما می توانیم این کار را برای ده ها ساعت انجام دهیم، بنابراین هنوز یک شکاف بزرگ وجود دارد، اما من معتقدم که با تجزیه و تحلیل دقیق تر کاتالیزور کاهش CO و کاتالیزور اکسیداسیون آب می توان این مشکلات را حل کرد.”

در نهایت، وانگ می گوید، ممکن است روزی زمانی که صنعت بتواند CO را که اکنون در اتمسفر آزاد می شود تبدیل کند و آن را به محصولات مفید تبدیل کند.

وانگ گفت: “مونوکسید کربن یک محصول شیمیایی با ارزش خاص نیست.” “برای بررسی امکانات بیشتر، گروه من نیز چندین کاتالیزور مبتنی بر مس را توسعه داده است که می تواند CO را به محصولاتی تبدیل کند که بسیار ارزشمند هستند.”

وانگ اعتبار آزادی او را در موسسه رولند برای کمک به دستیابی به پیشرفت هایی مانند سیستم جدید بدست آورد.

وانگ، که اخیرا در دانشگاه ریس پذیرفته شده است، گفت: “رولند به عنوان یک پژوهشگر پیشین حرفه ای، یک پلتفرم بزرگ برای تحقیقات مستقل، که قسمت زیادی از جایگاه های پژوهش را آغاز می کند را داراست و کار گروه من را ادامه خواهد داد.” “من قطعا روزهایم را در اینجا از دست خواهم داد.”

منبع خبر : www.sciencedaily.com

پایداری سطحی اسید نیتریک بر روی آب
اختراع پارچه خنک کننده و یا عایق کننده خودکار
نیتروژن در مسیر سریع پیوند شیمیایی قرار می‌گیرد
پرورش گاه های مواد شیمیایی زمین در زیر زمین کشف شدند
الکترود صنعتی