מאמר זה נבדק בהתאם לנהלי העריכה והמדיניות של Science X. העורכים הדגישו את התכונות הבאות תוך הבטחת שלמות התוכן:
פחמן דו-חמצני (CO2) הוא גם משאב חיוני לחיים על פני כדור הארץ וגם גז חממה התורם להתחממות הגלובלית. כיום, מדענים חוקרים פחמן דו-חמצני כמשאב מבטיח לייצור דלקים מתחדשים, דלי פחמן ומוצרים כימיים בעלי ערך גבוה.
האתגר של החוקרים הוא לזהות דרכים יעילות וחסכוניות להמרת פחמן דו-חמצני לחומרי ביניים פחמן איכותיים כגון פחמן חד-חמצני, מתנול או חומצה פורמית.
צוות מחקר בראשות KK Neuerlin מהמעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) ושותפים במעבדה הלאומית Argonne ובמעבדה הלאומית Oak Ridge מצא פתרון מבטיח לבעיה זו. הצוות פיתח שיטת המרה לייצור חומצה פורמית מפחמן דו-חמצני באמצעות חשמל מתחדש בעל יעילות אנרגטית ועמידות גבוהות.
המחקר, שכותרתו "ארכיטקטורת הרכבת אלקטרודות ממברנה ניתנת להרחבה להמרה אלקטרוכימית יעילה של פחמן דו-חמצני לחומצה פורמית", פורסם בכתב העת Nature Communications.
חומצה פורמית היא תוצר ביניים כימי פוטנציאלי בעל מגוון רחב של יישומים, במיוחד כחומר גלם בתעשיות הכימיות או הביולוגיות. חומצה פורמית זוהתה גם כחומר גלם לזיקוק ביולוגי לדלק תעופה נקי.
אלקטרוליזה של CO2 גורמת לרדוקציה של CO2 לחומרי ביניים כימיים כגון חומצה פורמית או מולקולות כגון אתילן כאשר מופעל פוטנציאל חשמלי על התא האלקטרוליטי.
מכלול הממברנה-אלקטרודה (MEA) באלקטרוליזר מורכב בדרך כלל מממברנה מוליכה יונים (ממברנת חילוף קטיונים או אניונים) המורכבת בין שתי אלקטרודות המורכבות מאלקטרו-קטליסט ופולימר מוליך יונים.
תוך שימוש במומחיות של הצוות בטכנולוגיות תאי דלק ואלקטרוליזה של מימן, הם חקרו מספר תצורות MEA בתאים אלקטרוליטיים כדי להשוות את ההפחתה האלקטרוכימית של CO2 לחומצה פורמית.
בהתבסס על ניתוח כשל של עיצובים שונים, הצוות ביקש לנצל את המגבלות של מערכי החומרים הקיימים, ובמיוחד את היעדר דחיית יונים בממברנות חילוף אניונים קיימות, ולפשט את תכנון המערכת הכולל.
ההמצאה של KS ניירלין וליימינג הו מ-NREL הייתה מכשיר אלקטרוליזה משופר של MEA המשתמש בממברנת חילוף קטיונים מחוררת חדשה. ממברנה מחוררת זו מספקת ייצור עקבי וסלקטיבי ביותר של חומצה פורמית ומפשטת את התכנון באמצעות שימוש ברכיבים מוכנים לשימוש.
"תוצאות המחקר מייצגות שינוי פרדיגמה בייצור האלקטרוכימי של חומצות אורגניות כמו חומצה פורמית", אמר נירלין, מחבר שותף. "מבנה הממברנה המחורר מפחית את המורכבות של עיצובים קודמים וניתן להשתמש בו גם כדי לשפר את יעילות האנרגיה והעמידות של התקני המרת פחמן דו-חמצני אלקטרוכימיים אחרים."
כמו בכל פריצת דרך מדעית, חשוב להבין את גורמי העלות ואת ההיתכנות הכלכלית. חוקרים מ-NREL, ג'ה הואנג וטאו לינג, שעבדו במחלקות שונות, הציגו ניתוח טכנו-כלכלי שזיהה דרכים להשיג שוויון עלויות עם תהליכי ייצור חומצה פורמית תעשייתיים של ימינו, כאשר עלות החשמל ממקורות מתחדשים עומדת על 2.3 סנט לקילוואט-שעה או פחות.
"הצוות השיג תוצאות אלו באמצעות זרזים זמינים מסחרית וחומרי ממברנה פולימריים, תוך יצירת עיצוב MEA המנצל את יכולת ההרחבה של תאי דלק מודרניים ומתקני אלקטרוליזה של מימן", אמר ניירלין.
"תוצאות המחקר הזה יכולות לסייע בהמרת פחמן דו-חמצני לדלקים וכימיקלים באמצעות חשמל מתחדש ומימן, ובכך להאיץ את המעבר להגדלת השוק והמסחור."
טכנולוגיות המרה אלקטרוכימיות הן מרכיב מרכזי בתוכנית "אלקטרונים למולקולות" של NREL, המתמקדת במימן מתחדש מהדור הבא, ללא דלקים, כימיקלים וחומרים לתהליכים המונעים חשמלית.
"התוכנית שלנו בוחנת דרכים להשתמש בחשמל מתחדש כדי להמיר מולקולות כמו פחמן דו-חמצני ומים לתרכובות שיכולות לשמש כמקורות אנרגיה", אמר רנדי קורטרייט, מנהל אסטרטגיית העברת אלקטרונים ו/או קודמנים לייצור דלק או כימיקלים ב-NREL."
"מחקר זה בתחום ההמרה האלקטרוכימית מספק פריצת דרך שניתן להשתמש בה במגוון תהליכי המרה אלקטרוכימיים, ואנו מצפים לתוצאות מבטיחות יותר מקבוצה זו."
מידע נוסף: Leiming Hu et al., ארכיטקטורת הרכבת אלקטרודות ממברנה ניתנת להרחבה להמרה אלקטרוכימית יעילה של CO2 לחומצה פורמית, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
אם נתקלתם בשגיאת כתיב, אי דיוק, או ברצונכם להגיש בקשה לעריכת תוכן בדף זה, אנא השתמשו בטופס זה. לשאלות כלליות, אנא השתמשו בטופס יצירת הקשר שלנו. לקבלת משוב כללי, השתמשו בקטע התגובות הציבוריות למטה (פעל לפי ההוראות).
המשוב שלך חשוב לנו מאוד. עם זאת, עקב כמות ההודעות הגבוהה, איננו יכולים להבטיח תגובה אישית.
כתובת הדוא"ל שלך משמשת רק כדי ליידע את הנמענים מי שלח את הדוא"ל. לא הכתובת שלך ולא כתובת הנמען ישמשו לכל מטרה אחרת. המידע שתזין יופיע בדוא"ל שלך ולא יישמר על ידי Tech Xplore בשום צורה שהיא.
אתר אינטרנט זה משתמש בקובצי Cookie כדי להקל על הניווט, לנתח את השימוש שלך בשירותים שלנו, לאסוף נתוני פרסום מותאמים אישית ולספק תוכן מצדדים שלישיים. על ידי שימוש באתר האינטרנט שלנו, הנך מאשר שקראת והבנת את מדיניות הפרטיות ותנאי השימוש שלנו.