ماذا لو تمكنا من تحويل التلوث الضار إلى طاقة قيمة؟ وبينما يتحرك العالم نحو الحياد الكربوني، فإن تطوير تقنيات جديدة تقلل من الانبعاثات أمر بالغ الأهمية.استخدم العلماء محفزات الرش وتقنيات البلورة المباشرة لإنشاء طريقة سريعة وفعالة من حيث التكلفة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى سلائف وقود اصطناعي.
جامعة توهوكو، اليابانجامعة هوكايدوطور الباحثون في AZUL Energy طريقة فعالة للغاية لتحويل ثاني أكسيد الكربون (CO2) إلى أول أكسيد الكربون (CO). يعد أول أكسيد الكربون مكونًا مهمًا للوقود الاصطناعي. تقلل هذه العملية وقت التحويل من 24 ساعة إلى 15 دقيقة فقط، مما يضع معيارًا جديدًا.
وقال ليو تينغ يي من WPI-AIMR بجامعة نورث إيسترن: "يعد تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون موضوعًا ساخنًا في مكافحة تغير المناخ في الوقت الحالي، لكن التقنيات التقليدية بها بعض أوجه القصور الرئيسية التي نريد حلها". "هذه المواد باهظة الثمن، وغير مستقرة، وانتقائية محدودة، ويستغرق تحضيرها وقتًا طويلاً. واستخدامها في البيئات الصناعية الحقيقية غير ممكن."
طريقة تحضير قطب نشر الغاز المعدل ببلورة فثالوسيانين المعدنية، والخصائص والأداء عند استخدام بلورة فثالوسيانين الكوبالت (CoPc). حقوق الصورة: هيروشي يابو وآخرون.
لتلبية الاحتياجات الصناعية، اكتشف الباحثون أنواعًا مختلفة من الفثالوسيانين (Pc)، بما في ذلك الفثالوسيانين الخالي من المعادن (H2Pc)، وفثالوسيانين الحديد (FePc)، وفثالوسيانين الكوبالت (CoPc)، وفثالوسيانين النيكل (NiPc)، وفثالوسيانين النحاس (CuPc) كمحفزات محتملة. وقاموا بتطبيق هذه المركبات على أقطاب نشر الغاز باستخدام تقنية رش بسيطة، مما أدى إلى تشكيل طبقة بلورية مباشرة على سطح القطب. من بينها، الكوبالت فثالوسيانين (CoPc) عبارة عن مركب معدني ومعدني منخفض التكلفة يُظهر أعلى كفاءة في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون.
مقارنة أداء تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون في قطب نشر الغاز المعدل ببلورة CoPc مع النتائج المبلغ عنها مسبقًا. حقوق الصورة: هيروشي يابو وآخرون.
تعمل هذه الطريقة الشبيهة بالكتابة على الجدران على تقليل وقت المعالجة النموذجي إلى 15 دقيقة فقط عن طريق رش المحفز على السطح. تتطلب الطرق التقليدية عمليات شاقة، بما في ذلك خلط الكربون الموصل والمواد اللاصقة، والتجفيف، وأكثر من 24 ساعة من المعالجة الحرارية. بالإضافة إلى ذلك، عند كثافة تيار تبلغ 150 مللي أمبير/سم²، يمكن للنظام الجديد الحفاظ على أداء مستقر لمدة 144 ساعة.
باستخدام قاعدة بيانات DigCat، وهي أكبر قاعدة بيانات للتحفيز الكهربائي التجريبي حتى الآن، أكد الباحثون أن المحفز الخاص بهم تجاوز جميع المحفزات المعتمدة على الكمبيوتر والتي تم الإبلاغ عنها سابقًا.
وقال البروفيسور ليو: "هذا ليس فقط أفضل محفز يعتمد على الكمبيوتر الشخصي لإنتاج ثاني أكسيد الكربون حتى الآن، ولكن معدل تفاعله واستقراره تجاوز أيضًا بنجاح العتبات القياسية الصناعية". "هذا هو المحفز الأول على الإطلاق للوصول إلى هذا المعيار."
ومن أجل استكشاف الأسباب الكامنة وراء أدائها الممتاز، أجرى فريق البحث تحليلًا هيكليًا باستخدام إشعاع السنكروترون من منشأة NanoTerasu وأجرى حسابات نظرية. وأظهرت النتائج أن عملية التبلور تشكل جزيئات متراصة بشكل وثيق، مما يعزز النقل الفعال للإلكترونات إلى السطح. تسلط هذه النتائج الضوء على التبلور المباشر كإستراتيجية فعالة لإعداد أقطاب محفزة معدنية معقدة للاختزال الكهربائي لثاني أكسيد الكربون.
تقييم متانة أقطاب نشر الغاز المعدلة بالكريستال CoPc. حقوق الصورة: هيروشي يابو وآخرون.
توفر طريقة تصنيع قطب كهربائي نشر الغاز التي تم تطويرها في هذه الدراسة، جنبًا إلى جنب مع تقنية التحليل الكهربائي لثاني أكسيد الكربون، طريقة واعدة لتوليف أول أكسيد الكربون بكفاءة (CO، وهو وسيط وقود صناعي مهم) من ثاني أكسيد الكربون باستخدام محفزات منخفضة التكلفة قائمة على الصبغ.
يحل هذا النهج عنق الزجاجة الرئيسي في إنتاج الوقود الاصطناعي من خلال تحسين كفاءة الطاقة وتقليل تكلفة استخدام ثاني أكسيد الكربون. ولذلك، فهي تتمتع بإمكانات كبيرة باعتبارها تقنية من الجيل التالي لالتقاط ثاني أكسيد الكربون واستخدامه (CCU).
تم تجميعها من /ScitechDaily