కొత్త సాంకేతికత కార్బన్ డయాక్సైడ్‌ను ద్రవ ఇంధనంగా మార్చడాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది

క్రింది ఫారమ్‌ను పూరించండి, మేము మీకు “కార్బన్ డయాక్సైడ్‌ను ద్రవ ఇంధనంగా మార్చడానికి కొత్త సాంకేతిక మెరుగుదలలు” యొక్క PDF వెర్షన్‌ను ఇమెయిల్ చేస్తాము.
శిలాజ ఇంధనాలను మండించడం వల్ల వెలువడే కార్బన్ డయాక్సైడ్ (CO2) అత్యంత సాధారణ హరితగృహ వాయువు. దీనిని సుస్థిరమైన పద్ధతిలో తిరిగి ఉపయోగకరమైన ఇంధనాలుగా మార్చవచ్చు. CO2 ఉద్గారాలను ఇంధన ముడిపదార్థంగా మార్చడానికి ఎలక్ట్రోకెమికల్ రిడక్షన్ అనే ప్రక్రియ ఒక ఆశాజనకమైన మార్గం. కానీ వాణిజ్యపరంగా లాభదాయకంగా ఉండాలంటే, మరింత ఆశించిన కార్బన్-సమృద్ధిగల ఉత్పత్తులను ఎంచుకోవడానికి లేదా ఉత్పత్తి చేయడానికి ఈ ప్రక్రియను మెరుగుపరచాల్సిన అవసరం ఉంది. ఇప్పుడు, నేచర్ ఎనర్జీ జర్నల్‌లో నివేదించినట్లుగా, లారెన్స్ బర్కిలీ నేషనల్ లాబొరేటరీ (బర్కిలీ ల్యాబ్) సహాయక చర్య కోసం ఉపయోగించే రాగి ఉత్ప్రేరకం యొక్క ఉపరితలాన్ని మెరుగుపరచడానికి ఒక కొత్త పద్ధతిని అభివృద్ధి చేసింది, తద్వారా ఈ ప్రక్రియ యొక్క ఎంపిక సామర్థ్యాన్ని పెంచింది.
"ఈ చర్యకు రాగి ఉత్తమ ఉత్ప్రేరకం అని మనకు తెలిసినప్పటికీ, అది ఆశించిన ఉత్పత్తికి అధిక ఎంపికను అందించదు," అని బర్కిలీ ల్యాబ్‌లోని రసాయన శాస్త్ర విభాగంలో సీనియర్ శాస్త్రవేత్త మరియు బర్కిలీలోని కాలిఫోర్నియా విశ్వవిద్యాలయంలో కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ ప్రొఫెసర్ అయిన అలెక్సిస్ స్పెల్ అన్నారు. "ఈ రకమైన ఎంపికను అందించడానికి ఉత్ప్రేరకం యొక్క స్థానిక వాతావరణాన్ని ఉపయోగించి వివిధ ఉపాయాలు చేయవచ్చని మా బృందం కనుగొంది."
గత అధ్యయనాలలో, పరిశోధకులు వాణిజ్య విలువ కలిగిన కార్బన్ అధికంగా ఉండే ఉత్పత్తులను తయారు చేయడానికి ఉత్తమమైన విద్యుత్ మరియు రసాయన వాతావరణాన్ని అందించే కచ్చితమైన పరిస్థితులను ఏర్పాటు చేశారు. కానీ ఈ పరిస్థితులు, నీటి ఆధారిత వాహక పదార్థాలను ఉపయోగించే సాధారణ ఫ్యూయల్ సెల్స్‌లో సహజంగా ఏర్పడే పరిస్థితులకు విరుద్ధంగా ఉంటాయి.
ఇంధన సెల్ నీటి వాతావరణంలో ఉపయోగించగల డిజైన్‌ను నిర్ధారించడానికి, ఇంధన మంత్రిత్వ శాఖ యొక్క లిక్విడ్ సన్‌షైన్ అలయన్స్ వారి ఎనర్జీ ఇన్నోవేషన్ సెంటర్ ప్రాజెక్ట్‌లో భాగంగా, బెల్ మరియు అతని బృందం అయోనోమర్ యొక్క పలుచని పొరను ఎంచుకున్నారు. ఇది కొన్ని నిర్దిష్ట ఆవేశిత అణువులను (అయాన్‌లను) మాత్రమే దాని గుండా వెళ్ళనిస్తుంది. ఇతర అయాన్‌లను నిరోధిస్తుంది. వాటి అత్యంత ఎంపిక చేసుకునే రసాయన లక్షణాల కారణంగా, అవి సూక్ష్మ వాతావరణంపై బలమైన ప్రభావాన్ని చూపడానికి ప్రత్యేకంగా అనుకూలంగా ఉంటాయి.
బెల్ గ్రూప్‌లోని పోస్ట్‌డాక్టోరల్ పరిశోధకుడు మరియు ఈ పత్రానికి మొదటి రచయిత అయిన చానియోన్ కిమ్, రాగి ఉత్ప్రేరకాల ఉపరితలాన్ని నాఫియాన్ మరియు సస్టెయినియాన్ అనే రెండు సాధారణ అయోనోమర్‌లతో పూత పూయాలని ప్రతిపాదించారు. అలా చేయడం వల్ల ఉత్ప్రేరకం సమీపంలోని వాతావరణం—అంటే pH, నీరు మరియు కార్బన్ డయాక్సైడ్ పరిమాణం వంటివి—ఏదో ఒక విధంగా మారి, తద్వారా చర్యను కార్బన్ అధికంగా ఉండే ఉత్పత్తుల వైపు మళ్లించవచ్చని, ఆ ఉత్పత్తులను సులభంగా ఉపయోగకరమైన రసాయనాలు మరియు ద్రవ ఇంధనాలుగా మార్చవచ్చని ఆ బృందం పరికల్పన చేసింది.
పరిశోధకులు ఒక పాలిమర్ పదార్థంతో ఆధారపడిన రాగి ఫిల్మ్‌పై ప్రతి అయోనోమర్ యొక్క పలుచని పొరను మరియు రెండు అయోనోమర్ల యొక్క జంట పొరను పూసి ఒక ఫిల్మ్‌ను ఏర్పరిచారు. దీనిని వారు చేతి ఆకారంలో ఉన్న ఎలక్ట్రోకెమికల్ సెల్ యొక్క ఒక చివర దగ్గర చొప్పించగలిగారు. బ్యాటరీలోకి కార్బన్ డయాక్సైడ్‌ను పంపి, వోల్టేజ్‌ను ప్రయోగించినప్పుడు, వారు బ్యాటరీ గుండా ప్రవహించే మొత్తం కరెంట్‌ను కొలిచారు. ఆ తర్వాత, చర్య సమయంలో ప్రక్కనే ఉన్న రిజర్వాయర్‌లో సేకరించబడిన వాయువు మరియు ద్రవాన్ని వారు కొలిచారు. రెండు పొరల సందర్భంలో, చర్య ద్వారా వినియోగించబడిన శక్తిలో 80% కార్బన్-సమృద్ధిగల ఉత్పత్తుల వాటా ఉందని వారు కనుగొన్నారు—ఇది పూత లేని సందర్భంలోని 60% కంటే ఎక్కువ.
"ఈ శాండ్‌విచ్ కోటింగ్ రెండు రకాల ప్రయోజనాలను అందిస్తుంది: అధిక ఉత్పత్తి ఎంపిక మరియు అధిక క్రియాశీలత," అని బెల్ అన్నారు. ఈ రెండు పొరల ఉపరితలం కార్బన్ అధికంగా ఉండే ఉత్పత్తులకు మాత్రమే కాకుండా, అదే సమయంలో బలమైన విద్యుత్‌ను కూడా ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది క్రియాశీలతలో పెరుగుదలను సూచిస్తుంది.
రాగిపై నేరుగా ఉన్న పూతలో పేరుకుపోయిన అధిక CO2 గాఢత ఫలితంగానే ఈ మెరుగైన ప్రతిస్పందన వచ్చిందని పరిశోధకులు నిర్ధారించారు. దీనికి అదనంగా, రెండు అయోనోమర్‌ల మధ్య ప్రాంతంలో పేరుకుపోయే రుణాత్మక ఆవేశం గల అణువులు తక్కువ స్థానిక ఆమ్లతను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. ఈ కలయిక, అయోనోమర్ ఫిల్మ్‌లు లేనప్పుడు సంభవించే గాఢత సర్దుబాట్లను సమతుల్యం చేస్తుంది.
చర్య యొక్క సామర్థ్యాన్ని మరింత మెరుగుపరచడానికి, పరిశోధకులు CO2 మరియు pH లను పెంచే మరొక పద్ధతిగా, అయోనోమర్ ఫిల్మ్ అవసరం లేని, ఇదివరకే నిరూపించబడిన సాంకేతికత అయిన పల్స్డ్ వోల్టేజ్‌ను ఆశ్రయించారు. డబుల్-లేయర్ అయోనోమర్ కోటింగ్‌కు పల్స్డ్ వోల్టేజ్‌ను వర్తింపజేయడం ద్వారా, కోటింగ్ లేని రాగి మరియు స్టాటిక్ వోల్టేజ్‌తో పోలిస్తే, పరిశోధకులు కార్బన్ అధికంగా ఉండే ఉత్పత్తులలో 250% పెరుగుదలను సాధించారు.
కొంతమంది పరిశోధకులు తమ పనిని కొత్త ఉత్ప్రేరకాల అభివృద్ధిపై కేంద్రీకరించినప్పటికీ, ఉత్ప్రేరకం యొక్క ఆవిష్కరణ నిర్వహణ పరిస్థితులను పరిగణనలోకి తీసుకోదు. ఉత్ప్రేరక ఉపరితలంపై వాతావరణాన్ని నియంత్రించడం అనేది ఒక కొత్త మరియు విభిన్నమైన పద్ధతి.
"మేము పూర్తిగా కొత్త ఉత్ప్రేరకాన్ని కనుగొనలేదు, కానీ చర్య గతిశాస్త్రంపై మాకున్న అవగాహనను ఉపయోగించుకుని, ఉత్ప్రేరక స్థానం యొక్క వాతావరణాన్ని ఎలా మార్చాలనే దానిపై ఆలోచించడానికి ఈ జ్ఞానాన్ని మార్గనిర్దేశంగా వాడుకున్నాము," అని బర్కిలీ లాబొరేటరీస్‌లోని శక్తి సాంకేతిక రంగంలోని శాస్త్రవేత్త మరియు పత్రాల సహ-రచయిత అయిన సీనియర్ ఇంజనీర్ ఆడమ్ వెబర్ అన్నారు.
తదుపరి దశ కోటెడ్ ఉత్ప్రేరకాల ఉత్పత్తిని విస్తరించడం. బర్కిలీ ల్యాబ్ బృందం యొక్క ప్రాథమిక ప్రయోగాలు చిన్న, చదునైన నమూనా వ్యవస్థలను ఉపయోగించాయి, ఇవి వాణిజ్య అనువర్తనాలకు అవసరమైన పెద్ద-ప్రాంత రంధ్రాల నిర్మాణాల కంటే చాలా సరళమైనవి. "ఒక చదునైన ఉపరితలంపై పూత వేయడం కష్టం కాదు. కానీ వాణిజ్య పద్ధతులలో చిన్న రాగి బంతులకు పూత వేయడం ఉంటుంది," అని బెల్ అన్నారు. రెండవ పొర పూతను జోడించడం సవాలుగా మారుతుంది. ఒక అవకాశం ఏమిటంటే, రెండు పూతలను ఒక ద్రావణిలో కలిపి పూయడం, మరియు ద్రావణి ఆవిరైనప్పుడు అవి వేరుపడతాయని ఆశించడం. ఒకవేళ అవి వేరుపడకపోతే? బెల్ ముగించారు: "మనం మరింత తెలివిగా వ్యవహరించాలి." కిమ్ సి, బుయ్ జెసి, లువో ఎక్స్ మరియు ఇతరులు. రాగిపై డబుల్-లేయర్ అయోనోమర్ కోటింగ్ ఉపయోగించి CO2 ను బహుళ-కార్బన్ ఉత్పత్తులుగా ఎలక్ట్రో-రిడక్షన్ చేయడానికి అనుకూలీకరించిన ఉత్ప్రేరక సూక్ష్మ పర్యావరణం. నాట్ ఎనర్జీ. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
ఈ వ్యాసం కింది మూలం నుండి పునరుత్పత్తి చేయబడింది. గమనిక: నిడివి మరియు విషయం కోసం ఈ మూలం సవరించబడి ఉండవచ్చు. మరింత సమాచారం కోసం, దయచేసి పేర్కొన్న మూలాన్ని సంప్రదించండి.