ეს სტატია განხილულია Science X-ის რედაქციული პროცედურებისა და პოლიტიკის შესაბამისად. რედაქტორებმა ხაზი გაუსვეს შემდეგ თვისებებს, შინაარსის მთლიანობის უზრუნველყოფისას:
ნახშირორჟანგი (CO2) დედამიწაზე სიცოცხლისთვის აუცილებელი რესურსია და სათბურის აირია, რომელიც გლობალურ დათბობას უწყობს ხელს. დღეს მეცნიერები ნახშირორჟანგს სწავლობენ, როგორც პერსპექტიულ რესურსს განახლებადი, დაბალნახშირბადიანი საწვავის და მაღალი ღირებულების ქიმიური პროდუქტების წარმოებისთვის.
მკვლევარებისთვის გამოწვევაა ნახშირორჟანგის მაღალი ხარისხის ნახშირბადის შუალედურ პროდუქტებად, როგორიცაა ნახშირბადის მონოქსიდი, მეთანოლი ან ჭიანჭველმჟავა, გარდაქმნის ეფექტური და ეკონომიური გზების დადგენა.
განახლებადი ენერგიის ეროვნული ლაბორატორიის (NREL) წარმომადგენელ კ.კ. ნოიერლინის ხელმძღვანელობით და არგონის ეროვნული ლაბორატორიისა და ოუკ-რიჯის ეროვნული ლაბორატორიის თანამშრომლების ხელმძღვანელობით, კვლევითმა ჯგუფმა ამ პრობლემის პერსპექტიული გადაწყვეტა იპოვა. გუნდმა შეიმუშავა გარდაქმნის მეთოდი ნახშირორჟანგიდან ჭიანჭველმჟავას მისაღებად, განახლებადი ელექტროენერგიის გამოყენებით, მაღალი ენერგოეფექტურობითა და გამძლეობით.
კვლევა, სახელწოდებით „მასშტაბირებადი მემბრანული ელექტროდის ასამბლეის არქიტექტურა ნახშირორჟანგის ჭიანჭველმჟავად ეფექტური ელექტროქიმიური გარდაქმნისთვის“, გამოქვეყნდა ჟურნალ Nature Communications-ში.
ჭიანჭველმჟავა პოტენციური ქიმიური შუალედური პროდუქტია ფართო გამოყენების სპექტრით, განსაკუთრებით ქიმიურ ან ბიოლოგიურ ინდუსტრიებში ნედლეულის სახით. ჭიანჭველმჟავა ასევე იდენტიფიცირებულია, როგორც ბიორაფინირების ნედლეული სუფთა საავიაციო საწვავად.
CO2-ის ელექტროლიზი იწვევს CO2-ის აღდგენას ქიმიურ შუალედურ პროდუქტებად, როგორიცაა ჭიანჭველმჟავა, ან მოლეკულებად, როგორიცაა ეთილენი, როდესაც ელექტროლიტურ უჯრედზე ელექტრული პოტენციალი გამოიყენება.
ელექტროლიზატორში მემბრანა-ელექტროდის შეკრება (MEA) როგორც წესი, შედგება იონგამტარი მემბრანისგან (კათიონ-ანიონგაცვლითი მემბრანა), რომელიც მოთავსებულია ორ ელექტროდს შორის და შედგება ელექტროკატალიზატორისა და იონგამტარი პოლიმერისგან.
საწვავის უჯრედების ტექნოლოგიებსა და წყალბადის ელექტროლიზში გუნდის ექსპერტიზის გამოყენებით, მათ შეისწავლეს ელექტროლიტურ უჯრედებში MEA-ს რამდენიმე კონფიგურაცია, რათა შეედარებინათ CO2-ის ელექტროქიმიური აღდგენა ჭიანჭველმჟავად.
სხვადასხვა დიზაინის წარუმატებლობის ანალიზზე დაყრდნობით, გუნდმა სცადა არსებული მასალების ნაკრებების შეზღუდვების გამოყენება, განსაკუთრებით კი არსებულ ანიონური გაცვლის მემბრანებში იონების უარყოფის არარსებობის, და სისტემის საერთო დიზაინის გამარტივება.
კ.ს. ნეიერლინისა და ლეიმინგ ჰუს მიერ NREL-ის გამოგონება წარმოადგენდა გაუმჯობესებულ MEA ელექტროლიზატორს, რომელიც იყენებდა ახალ პერფორირებულ კათიონგაცვლით მემბრანას. ეს პერფორირებული მემბრანა უზრუნველყოფს ჭიანჭველმჟავას თანმიმდევრულ, მაღალსელექტიურ წარმოებას და ამარტივებს დიზაინს მზა კომპონენტების გამოყენებით.
„ამ კვლევის შედეგები წარმოადგენს პარადიგმის ცვლილებას ორგანული მჟავების, როგორიცაა ჭიანჭველმჟავა, ელექტროქიმიურ წარმოებაში“, - თქვა თანაავტორმა ნეიერლინმა. „პერფორირებული მემბრანული სტრუქტურა ამცირებს წინა დიზაინის სირთულეს და ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვა ელექტროქიმიური ნახშირორჟანგის გარდამქმნელი მოწყობილობების ენერგოეფექტურობისა და გამძლეობის გასაუმჯობესებლად“.
როგორც ნებისმიერი სამეცნიერო მიღწევის შემთხვევაში, მნიშვნელოვანია ხარჯების ფაქტორებისა და ეკონომიკური მიზანშეწონილობის გაგება. სხვადასხვა დეპარტამენტში მუშაობით, NREL-ის მკვლევარებმა ჟე ჰუანგმა და ტაო ლინგმა წარმოადგინეს ტექნოეკონომიკური ანალიზი, რომელიც ადგენდა ხარჯების პარიტეტის მიღწევის გზებს დღევანდელი სამრეწველო ჭიანჭველმჟავას წარმოების პროცესებთან, როდესაც განახლებადი ელექტროენერგიის ღირებულება კილოვატ საათში 2.3 ცენტი ან ნაკლებია.
„გუნდმა ამ შედეგებს მიაღწია კომერციულად ხელმისაწვდომი კატალიზატორებისა და პოლიმერული მემბრანული მასალების გამოყენებით, ამავდროულად შექმნა MEA დიზაინი, რომელიც იყენებს თანამედროვე საწვავის უჯრედებისა და წყალბადის ელექტროლიზის ქარხნების მასშტაბირებას“, - თქვა ნეიერლინმა.
„ამ კვლევის შედეგებმა შეიძლება ხელი შეუწყოს ნახშირორჟანგის საწვავ და ქიმიკატებად გარდაქმნას განახლებადი ელექტროენერგიისა და წყალბადის გამოყენებით, რაც დააჩქარებს მასშტაბირებასა და კომერციალიზაციაზე გადასვლას.“
ელექტროქიმიური გარდაქმნის ტექნოლოგიები NREL-ის „ელექტრონებიდან მოლეკულებად“ პროგრამის ძირითადი ელემენტია, რომელიც ფოკუსირებულია ახალი თაობის განახლებად წყალბადზე, ნულოვანი საწვავის გამოყენებაზე, ქიმიკატებსა და მასალებზე ელექტრომოწყობილი პროცესებისთვის.
„ჩვენი პროგრამა იკვლევს განახლებადი ელექტროენერგიის გამოყენების გზებს ისეთი მოლეკულების, როგორიცაა ნახშირორჟანგი და წყალი, გარდასაქმნელად ისეთ ნაერთებად, რომლებიც შეიძლება ენერგიის წყაროდ გამოდგეს“, - განაცხადა რენდი კორტრაიტმა, NREL-ის ელექტრონების გადაცემის და/ან საწვავის ან ქიმიკატების წარმოების პრეკურსორების სტრატეგიის დირექტორმა.“
„ელექტროქიმიური გარდაქმნის ეს კვლევა წარმოადგენს გარღვევას, რომლის გამოყენებაც შესაძლებელია ელექტროქიმიური გარდაქმნის პროცესების ფართო სპექტრში და ჩვენ მოუთმენლად ველით ამ ჯგუფისგან უფრო პერსპექტიულ შედეგებს.“
დამატებითი ინფორმაცია: ლეიმინგ ჰუ და სხვ., მასშტაბირებადი მემბრანული ელექტროდის ასამბლეის არქიტექტურა CO2-ის ჭიანჭველმჟავად ეფექტური ელექტროქიმიური გარდაქმნისთვის, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
თუ ამ გვერდზე წააწყდებით შეცდომას, უზუსტობას ან გსურთ მოთხოვნის წარდგენა კონტენტის რედაქტირების შესახებ, გთხოვთ, გამოიყენოთ ეს ფორმა. ზოგადი კითხვებისთვის, გთხოვთ, გამოიყენოთ ჩვენი საკონტაქტო ფორმა. ზოგადი გამოხმაურებისთვის გამოიყენეთ ქვემოთ მოცემული საჯარო კომენტარების განყოფილება (მიჰყევით ინსტრუქციებს).
თქვენი გამოხმაურება ჩვენთვის ძალიან მნიშვნელოვანია. თუმცა, შეტყობინებების დიდი მოცულობის გამო, ჩვენ არ შეგვიძლია გარანტია მივცეთ პერსონალიზებულ პასუხს.
თქვენი ელექტრონული ფოსტის მისამართი გამოიყენება მხოლოდ მიმღებებისთვის ელფოსტის გამომგზავნის შესახებ ინფორმაციის მისაწოდებლად. არც თქვენი და არც მიმღების მისამართი არ იქნება გამოყენებული სხვა მიზნებისთვის. თქვენს მიერ შეყვანილი ინფორმაცია გამოჩნდება თქვენს ელფოსტაში და Tech Xplore არ შეინახება რაიმე ფორმით.
ეს ვებსაიტი იყენებს ქუქი-ფაილებს ნავიგაციის გასამარტივებლად, ჩვენი სერვისების თქვენი გამოყენების გასაანალიზებლად, რეკლამის პერსონალიზაციის მონაცემების შესაგროვებლად და მესამე მხარის კონტენტის მოსაწოდებლად. ჩვენი ვებსაიტის გამოყენებით, თქვენ ადასტურებთ, რომ წაიკითხეთ და გესმით ჩვენი კონფიდენციალურობის პოლიტიკა და გამოყენების პირობები.