תודה שביקרתם באתר Nature.com. גרסת הדפדפן בה אתם משתמשים תמכה ב-CSS באופן מוגבל. לקבלת התוצאות הטובות ביותר, אנו ממליצים להשתמש בגרסה חדשה יותר של הדפדפן שלכם (או לכבות את מצב התאימות ב-Internet Explorer). בינתיים, כדי להבטיח תמיכה מתמשכת, אנו מציגים את האתר ללא עיצוב או JavaScript.
כעת, בכתב העת Joule, מדווחים אונג לי ועמיתיו על מחקר של מפעל פיילוט להידרוגנציה של פחמן דו-חמצני לייצור חומצה פורמית (K. Kim et al., Joule https://doi.org/10.1016/j. Joule.2024.01). מחקר זה מדגים את האופטימיזציה של מספר אלמנטים מרכזיים בתהליך הייצור. ברמת הכור, התחשבות בתכונות זרז מרכזיות כגון יעילות קטליטית, מורפולוגיה, מסיסות במים, יציבות תרמית וזמינות משאבים בקנה מידה גדול יכולה לסייע בשיפור ביצועי הכור תוך שמירה על כמויות נמוכות של חומרי גלם נדרשים. כאן, המחברים השתמשו בזרז רותניום (Ru) הנתמך על מסגרת קוולנטית מעורבת של טריאזין ביפירידיל-טרפתלוניטריל (הנקראת Ru/bpyTNCTF). הם ייעלו את בחירת זוגות האמינים המתאימים ללכידה והמרה יעילות של CO2, תוך בחירת N-מתילפירולידין (NMPI) כאמין ריאקטיבי ללכידת CO2 ולקידום תגובת ההידרוגנציה ליצירת פורמט, ו-N-בוטיל-N-אימידאזול (NBIM) שישמש כאמין ריאקטיבי. לאחר בידוד האמין, ניתן לבודד את הפורמט לייצור נוסף של חומצה אלרגית (FA) באמצעות יצירת טרנס-אדוקט. בנוסף, הם שיפרו את תנאי ההפעלה של הכור מבחינת טמפרטורה, לחץ ויחס H2/CO2 כדי למקסם את המרת CO2. מבחינת תכנון התהליך, הם פיתחו התקן המורכב מכור בעל מצע טפטוף ושלוש עמודות זיקוק רציף. שארית הביקרבונט מזוקקת בעמודה הראשונה; NBIM מוכן על ידי יצירת טרנס-אדוקט בעמודה השנייה; תוצר הFA מתקבל בעמודה השלישית; בחירת החומר לכור ולמגדל נשקלה גם היא בקפידה, כאשר עבור רוב הרכיבים נבחרה פלדת אל-חלד (SUS316L), וחומר מסחרי מבוסס זירקוניום (Zr702) נבחר עבור המגדל השלישי כדי להפחית קורוזיה של הכור בשל עמידותו בפני קורוזיה של מכלולי הדלק, והעלות נמוכה יחסית.
לאחר אופטימיזציה קפדנית של תהליך הייצור - בחירת חומר הגלם האידיאלי, תכנון כור בעל מצע טפטוף ושלוש עמודות זיקוק רציף, בחירה קפדנית של חומרים לגוף העמודה והאריזה הפנימית להפחתת קורוזיה, וכיוונון מדויק של תנאי ההפעלה של הכור - המחברים מדגימים כי נבנה מפעל פיילוט עם קיבולת יומית של 10 ק"ג של מכלולי דלק המסוגלים לשמור על פעולה יציבה במשך יותר מ-100 שעות. באמצעות ניתוח היתכנות ומחזור חיים קפדני, מפעל הפיילוט הפחית את העלויות ב-37% ואת פוטנציאל ההתחממות הגלובלית ב-42% בהשוואה לתהליכי ייצור מסורתיים של מכלולי דלק. בנוסף, היעילות הכוללת של התהליך מגיעה ל-21%, ויעילות האנרגיה שלו דומה לזו של כלי רכב המונעים בתאי דלק על ידי מימן.
Qiao, M. ייצור פיילוט של חומצה פורמית מפחמן דו-חמצני מוקשה. Nature Chemical Engineering 1, 205 (2024). https://doi.org/10.1038/s44286-024-00044-2