Artikel ini telah disemak mengikut prosedur dan dasar editorial Science X. Para editor telah menekankan kualiti berikut sambil memastikan integriti kandungan:
Karbon dioksida (CO2) merupakan sumber penting untuk kehidupan di Bumi dan juga gas rumah hijau yang menyumbang kepada pemanasan global. Hari ini, saintis sedang mengkaji karbon dioksida sebagai sumber yang berpotensi untuk pengeluaran bahan api rendah karbon yang boleh diperbaharui dan produk kimia bernilai tinggi.
Cabaran bagi para penyelidik adalah untuk mengenal pasti cara yang cekap dan kos efektif untuk menukar karbon dioksida kepada perantaraan karbon berkualiti tinggi seperti karbon monoksida, metanol atau asid formik.
Satu pasukan penyelidikan yang diketuai oleh KK Neuerlin dari Makmal Tenaga Boleh Diperbaharui Kebangsaan (NREL) dan kolaborator di Makmal Kebangsaan Argonne dan Makmal Kebangsaan Oak Ridge telah menemui penyelesaian yang menjanjikan untuk masalah ini. Pasukan ini telah membangunkan kaedah penukaran untuk menghasilkan asid formik daripada karbon dioksida menggunakan elektrik boleh diperbaharui dengan kecekapan dan ketahanan tenaga yang tinggi.
Kajian yang bertajuk "Senibina pemasangan elektrod membran boleh skala untuk penukaran elektrokimia karbon dioksida kepada asid formik yang cekap," telah diterbitkan dalam jurnal Nature Communications.
Asid formik merupakan perantara kimia yang berpotensi dengan pelbagai aplikasi, terutamanya sebagai bahan mentah dalam industri kimia atau biologi. Asid formik juga telah dikenal pasti sebagai bahan mentah untuk biopenapisan menjadi bahan api penerbangan bersih.
Elektrolisis CO2 menghasilkan pengurangan CO2 kepada perantaraan kimia seperti asid formik atau molekul seperti etilena apabila potensi elektrik dikenakan pada sel elektrolitik.
Perhimpunan membran-elektrod (MEA) dalam elektrolisis biasanya terdiri daripada membran pengalir ion (membran pertukaran kation atau anion) yang diapit di antara dua elektrod yang terdiri daripada elektrokatalis dan polimer pengalir ion.
Menggunakan kepakaran pasukan dalam teknologi sel bahan api dan elektrolisis hidrogen, mereka mengkaji beberapa konfigurasi MEA dalam sel elektrolitik untuk membandingkan pengurangan elektrokimia CO2 kepada asid formik.
Berdasarkan analisis kegagalan pelbagai reka bentuk, pasukan ini berusaha untuk mengeksploitasi batasan set bahan sedia ada, terutamanya kekurangan penolakan ion dalam membran pertukaran anion semasa, dan memudahkan reka bentuk sistem keseluruhan.
Ciptaan oleh KS Neierlin dan Leiming Hu dari NREL ialah elektrolisis MEA yang dipertingkatkan menggunakan membran pertukaran kation berlubang baharu. Membran berlubang ini menyediakan penghasilan asid formik yang konsisten dan sangat selektif serta memudahkan reka bentuk dengan menggunakan komponen sedia ada.
“Keputusan kajian ini mewakili anjakan paradigma dalam penghasilan elektrokimia asid organik seperti asid formik,” kata penulis bersama Neierlin. “Struktur membran berlubang mengurangkan kerumitan reka bentuk sebelumnya dan juga boleh digunakan untuk meningkatkan kecekapan tenaga dan ketahanan peranti penukaran karbon dioksida elektrokimia yang lain.”
Seperti mana-mana kejayaan saintifik, adalah penting untuk memahami faktor kos dan kebolehlaksanaan ekonomi. Bekerja merentasi jabatan, penyelidik NREL, Zhe Huang dan Tao Ling, membentangkan analisis tekno-ekonomi yang mengenal pasti cara untuk mencapai pariti kos dengan proses pengeluaran asid formik perindustrian hari ini apabila kos elektrik boleh diperbaharui berada pada atau di bawah 2.3 sen setiap kilowatt-jam.
"Pasukan ini mencapai keputusan ini menggunakan pemangkin yang tersedia secara komersial dan bahan membran polimer, sambil mencipta reka bentuk MEA yang memanfaatkan kebolehskalaan sel bahan api moden dan loji elektrolisis hidrogen," kata Neierlin.
"Hasil kajian ini dapat membantu menukar karbon dioksida menjadi bahan api dan bahan kimia menggunakan elektrik dan hidrogen yang boleh diperbaharui, sekali gus mempercepatkan peralihan kepada peningkatan skala dan pengkomersialan."
Teknologi penukaran elektrokimia merupakan elemen teras program Elektron kepada Molekul NREL, yang memberi tumpuan kepada hidrogen boleh diperbaharui generasi akan datang, bahan api sifar, bahan kimia dan bahan untuk proses yang dipacu secara elektrik.
“Program kami sedang meneroka cara untuk menggunakan elektrik boleh diperbaharui bagi menukar molekul seperti karbon dioksida dan air kepada sebatian yang boleh berfungsi sebagai sumber tenaga,” kata Randy Cortright, pengarah strategi pemindahan elektron dan/atau prekursor NREL untuk pengeluaran bahan api atau bahan kimia.”
"Penyelidikan penukaran elektrokimia ini memberikan satu kejayaan yang boleh digunakan dalam pelbagai proses penukaran elektrokimia, dan kami berharap dapat memperoleh hasil yang lebih menjanjikan daripada kumpulan ini."
Maklumat lanjut: Leiming Hu et al., Seni bina pemasangan elektrod membran boleh skala untuk penukaran elektrokimia CO2 kepada asid formik yang cekap, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Jika anda menemui kesalahan taip, ketidaktepatan atau ingin mengemukakan permintaan untuk mengedit kandungan pada halaman ini, sila gunakan borang ini. Untuk soalan umum, sila gunakan borang hubungan kami. Untuk maklum balas umum, gunakan bahagian komen awam di bawah (ikut arahan).
Maklum balas anda sangat penting bagi kami. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh jumlah mesej yang tinggi, kami tidak dapat menjamin respons yang diperibadikan.
Alamat e-mel anda hanya digunakan untuk memberitahu penerima siapa yang menghantar e-mel tersebut. Alamat anda mahupun alamat penerima tidak akan digunakan untuk tujuan lain. Maklumat yang anda masukkan akan muncul dalam e-mel anda dan tidak akan disimpan oleh Tech Xplore dalam apa jua bentuk.
Laman web ini menggunakan kuki untuk memudahkan navigasi, menganalisis penggunaan perkhidmatan kami, mengumpul data pemperibadian pengiklanan dan menyediakan kandungan daripada pihak ketiga. Dengan menggunakan laman web kami, anda mengakui bahawa anda telah membaca dan memahami Dasar Privasi dan Syarat Penggunaan kami.