නව තාක්ෂණය කාබන් ඩයොක්සයිඩ් ද්‍රව ඉන්ධන බවට පරිවර්තනය කිරීම වැඩි දියුණු කරයි

පහත පෝරමය පුරවන්න, එවිට අපි ඔබට "කාබන් ඩයොක්සයිඩ් ද්‍රව ඉන්ධන බවට පරිවර්තනය කිරීම සඳහා නව තාක්‍ෂණික වැඩිදියුණු කිරීම්" හි PDF අනුවාදය විද්‍යුත් තැපෑලෙන් එවන්නෙමු.
කාබන් ඩයොක්සයිඩ් (CO2) යනු ෆොසිල ඉන්ධන දහනය කිරීමේ නිෂ්පාදනයක් වන අතර වඩාත් සුලභ හරිතාගාර වායුව වන අතර එය තිරසාර ආකාරයකින් ප්‍රයෝජනවත් ඉන්ධන බවට පරිවර්තනය කළ හැකිය. CO2 විමෝචනය ඉන්ධන පෝෂක බවට පරිවර්තනය කිරීම සඳහා එක් පොරොන්දු වූ ක්‍රමයක් වන්නේ විද්‍යුත් රසායනික අඩු කිරීම ලෙස හැඳින්වෙන ක්‍රියාවලියකි. නමුත් වාණිජමය වශයෙන් ශක්‍ය වීමට නම්, වඩාත් අපේක්ෂිත කාබන්-පොහොසත් නිෂ්පාදන තෝරා ගැනීමට හෝ නිෂ්පාදනය කිරීමට ක්‍රියාවලිය වැඩිදියුණු කළ යුතුය. දැන්, නේචර් එනර්ජි සඟරාවේ වාර්තා කර ඇති පරිදි, ලෝරන්ස් බර්ක්ලි ජාතික රසායනාගාරය (බර්ක්ලි රසායනාගාරය) සහායක ප්‍රතික්‍රියාව සඳහා භාවිතා කරන තඹ උත්ප්‍රේරකයේ මතුපිට වැඩිදියුණු කිරීම සඳහා නව ක්‍රමයක් සකස් කර ඇති අතර එමඟින් ක්‍රියාවලියේ තේරීම වැඩි කරයි.
"මෙම ප්‍රතික්‍රියාව සඳහා තඹ හොඳම උත්ප්‍රේරකය බව අපි දන්නා නමුත්, එය අපේක්ෂිත නිෂ්පාදනය සඳහා ඉහළ තේරීමක් ලබා නොදේ," බර්ක්ලි රසායනාගාරයේ රසායනික විද්‍යා දෙපාර්තමේන්තුවේ ජ්‍යෙෂ්ඨ විද්‍යාඥයෙකු සහ බර්ක්ලි හි කැලිෆෝනියා විශ්ව විද්‍යාලයේ රසායනික ඉංජිනේරු විද්‍යාව පිළිබඳ මහාචාර්යවරයෙකු වන ඇලෙක්සිස් පැවසීය. ස්පෙල් පැවසීය. "මෙවැනි තේරීමක් ලබා දීම සඳහා ඔබට විවිධ උපක්‍රම කිරීමට උත්ප්‍රේරකයේ දේශීය පරිසරය භාවිතා කළ හැකි බව අපගේ කණ්ඩායම සොයා ගත්තේය."
පෙර අධ්‍යයනයන්හිදී, පර්යේෂකයන් වාණිජ වටිනාකමක් ඇති කාබන් බහුල නිෂ්පාදන නිර්මාණය කිරීම සඳහා හොඳම විද්‍යුත් හා රසායනික පරිසරය සැපයීම සඳහා නිශ්චිත කොන්දේසි ස්ථාපිත කර ඇත. නමුත් මෙම තත්වයන් ජලය මත පදනම් වූ සන්නායක ද්‍රව්‍ය භාවිතා කරන සාමාන්‍ය ඉන්ධන සෛලවල ස්වභාවිකව ඇති වන තත්වයන්ට පටහැනිය.
බලශක්ති අමාත්‍යාංශයේ ද්‍රව සන්ෂයින් සන්ධානයේ බලශක්ති නවෝත්පාදන මධ්‍යස්ථාන ව්‍යාපෘතියේ කොටසක් ලෙස, ඉන්ධන සෛල ජල පරිසරයේ භාවිතා කළ හැකි සැලසුම තීරණය කිරීම සඳහා, බෙල් සහ ඔහුගේ කණ්ඩායම අයනෝමර් තුනී ස්ථරයක් වෙත යොමු වූ අතර එමඟින් ඇතැම් ආරෝපිත අණු (අයන) හරහා ගමන් කිරීමට ඉඩ සලසයි. අනෙකුත් අයන බැහැර කරන්න. ඒවායේ ඉතා තෝරාගත් රසායනික ගුණාංග නිසා, ඒවා ක්ෂුද්‍ර පරිසරයට ප්‍රබල බලපෑමක් ඇති කිරීම සඳහා විශේෂයෙන් සුදුසු වේ.
බෙල් කණ්ඩායමේ පශ්චාත් ආචාර්ය පර්යේෂකයෙකු සහ පත්‍රිකාවේ පළමු කතුවරයා වන චැන්යොන් කිම්, තඹ උත්ප්‍රේරක මතුපිට පොදු අයනෝමර් දෙකක් වන නාෆියන් සහ සස්ටේනියන් සමඟ ආලේප කිරීමට යෝජනා කළේය. එසේ කිරීමෙන් උත්ප්‍රේරකය අසල පරිසරය - pH අගය සහ ජලය සහ කාබන් ඩයොක්සයිඩ් ප්‍රමාණය ඇතුළුව - යම් ආකාරයකින් ප්‍රතික්‍රියාව කාබන් බහුල නිෂ්පාදන නිපදවීමට යොමු කළ යුතු බව කණ්ඩායම උපකල්පනය කළේය. නිෂ්පාදන සහ ද්‍රව ඉන්ධන.
පර්යේෂකයන් විසින් පොලිමර් ද්‍රව්‍යයකින් ආධාරක වන තඹ පටලයකට එක් එක් අයනෝමරයේ තුනී ස්ථරයක් සහ අයනෝමර් දෙකක ද්විත්ව ස්ථරයක් යොදන ලද අතර, එමඟින් අතින් හැඩැති විද්‍යුත් රසායනික සෛලයක එක් කෙළවරක් අසලට ඇතුළු කළ හැකි පටලයක් සාදන ලදී. බැටරියට කාබන් ඩයොක්සයිඩ් එන්නත් කර වෝල්ටීයතාව යොදන විට, ඔවුන් බැටරිය හරහා ගලා යන මුළු ධාරාව මැනිය. ඉන්පසු ඔවුන් ප්‍රතික්‍රියාව අතරතුර යාබද ජලාශයේ එකතු වන වායුව සහ ද්‍රවය මැන බැලූහ. ද්වි-ස්ථර නඩුව සඳහා, කාබන් බහුල නිෂ්පාදන ප්‍රතික්‍රියාව මගින් පරිභෝජනය කරන ශක්තියෙන් 80% ක් - ආලේප නොකළ නඩුවේ 60% ට වඩා වැඩි බව ඔවුන් සොයා ගත්හ.
"මෙම සැන්ඩ්විච් ආලේපනය ලෝක දෙකෙහිම හොඳම දේ සපයයි: ඉහළ නිෂ්පාදන තේරීම සහ ඉහළ ක්‍රියාකාරිත්වය," බෙල් පැවසීය. ද්විත්ව ස්ථර මතුපිට කාබන් බහුල නිෂ්පාදන සඳහා පමණක් නොව, ඒ සමඟම ශක්තිමත් ධාරාවක් ජනනය කරයි, එය ක්‍රියාකාරිත්වයේ වැඩි වීමක් පෙන්නුම් කරයි.
පර්යේෂකයන් නිගමනය කළේ වැඩිදියුණු කළ ප්‍රතිචාරය තඹ මත සෘජුවම ආලේපනයේ එකතු වූ ඉහළ CO2 සාන්ද්‍රණයේ ප්‍රතිඵලයක් බවයි. ඊට අමතරව, අයනෝමර් දෙක අතර කලාපයේ එකතු වන සෘණ ආරෝපිත අණු අඩු දේශීය ආම්ලිකතාවයක් ඇති කරයි. මෙම සංයෝජනය අයනෝමර් පටල නොමැති විට සිදුවන සාන්ද්‍රණ හුවමාරු කිරීම් සමනය කරයි.
ප්‍රතික්‍රියාවේ කාර්යක්ෂමතාව තවදුරටත් වැඩිදියුණු කිරීම සඳහා, පර්යේෂකයන් CO2 සහ pH අගය වැඩි කිරීමට තවත් ක්‍රමයක් ලෙස අයනෝමර් පටලයක් අවශ්‍ය නොවන බව කලින් ඔප්පු කරන ලද තාක්ෂණයක් වෙත යොමු විය: ස්පන්දන වෝල්ටීයතාවය. ද්විත්ව ස්ථර අයනෝමර් ආලේපනයට ස්පන්දන වෝල්ටීයතාවය යෙදීමෙන්, පර්යේෂකයන් ආලේප නොකළ තඹ සහ ස්ථිතික වෝල්ටීයතාවයට සාපේක්ෂව කාබන් බහුල නිෂ්පාදනවල 250% ක වැඩිවීමක් ලබා ගත්හ.
සමහර පර්යේෂකයන් නව උත්ප්‍රේරක සංවර්ධනය කෙරෙහි තම කාර්යය යොමු කළද, උත්ප්‍රේරකය සොයා ගැනීම මෙහෙයුම් තත්වයන් සැලකිල්ලට නොගනී. උත්ප්‍රේරක මතුපිට පරිසරය පාලනය කිරීම නව හා වෙනස් ක්‍රමයකි.
"අපි සම්පූර්ණයෙන්ම නව උත්ප්‍රේරකයක් ඉදිරිපත් කළේ නැහැ, නමුත් ප්‍රතික්‍රියා චාලක විද්‍යාව පිළිබඳ අපගේ අවබෝධය භාවිතා කර උත්ප්‍රේරක අඩවියේ පරිසරය වෙනස් කරන්නේ කෙසේද යන්න ගැන සිතීමට මඟ පෙන්වීමට මෙම දැනුම භාවිතා කළා," ජ්‍යෙෂ්ඨ ඉංජිනේරුවෙකු වන ඇඩම් වෙබර් පැවසීය. බර්ක්ලි රසායනාගාරවල බලශක්ති තාක්ෂණ ක්ෂේත්‍රයේ විද්‍යාඥයින් සහ පත්‍රිකාවල සම කර්තෘ.
ඊළඟ පියවර වන්නේ ආලේපිත උත්ප්‍රේරක නිෂ්පාදනය පුළුල් කිරීමයි. බර්ක්ලි ලැබ් කණ්ඩායමේ මූලික අත්හදා බැලීම්වලට කුඩා පැතලි ආකෘති පද්ධති ඇතුළත් වූ අතර ඒවා වාණිජ යෙදුම් සඳහා අවශ්‍ය විශාල ප්‍රදේශ සිදුරු සහිත ව්‍යුහයන්ට වඩා බෙහෙවින් සරල විය. “පැතලි මතුපිටක් මත ආලේපනයක් යෙදීම අපහසු නැත. නමුත් වාණිජ ක්‍රමවලට කුඩා තඹ බෝල ආලේප කිරීම ඇතුළත් විය හැකිය,” බෙල් පැවසීය. ආලේපනයේ දෙවන ස්ථරයක් එකතු කිරීම අභියෝගාත්මක වේ. එක් හැකියාවක් නම් ආලේපන දෙක ද්‍රාවකයක මිශ්‍ර කර තැන්පත් කිරීම සහ ද්‍රාවකය වාෂ්ප වූ විට ඒවා වෙන් වේ යැයි බලාපොරොත්තු වීමයි. ඒවා එසේ නොවේ නම් කුමක් කළ යුතුද? බෙල් නිගමනය කළේ: “අපි බුද්ධිමත් විය යුතුයි.” කිම් සී, බුයි ජේසී, ලුඕ එක්ස් සහ වෙනත් අය වෙත යොමු වන්න. තඹ මත ද්විත්ව ස්ථර අයනමර් ආලේපනයක් භාවිතා කරමින් බහු-කාබන් නිෂ්පාදන සඳහා CO2 විද්‍යුත්-අඩු කිරීම සඳහා අභිරුචිකරණය කළ උත්ප්‍රේරක ක්ෂුද්‍ර පරිසරය. නැට් බලශක්තිය. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
මෙම ලිපිය පහත සඳහන් කරුණු වලින් ප්‍රතිනිෂ්පාදනය කර ඇත. සටහන: ද්‍රව්‍යය දිග සහ අන්තර්ගතය අනුව සංස්කරණය කර තිබිය හැක. වැඩි විස්තර සඳහා, කරුණාකර උපුටා දක්වන ලද මූලාශ්‍රය අමතන්න.