Home / ENERGY

Selasa, 24 Januari 2023 - 10:16 WIB

Peneliti menangkap karbon lebih efektif dengan desain katalis baru


Peneliti pasca-doktoral Adnan Ozden memegang sampel katalis baru, yang meningkatkan efisiensi reaksi yang mengubah CO2 yang ditangkap menjadi produk berharga seperti etanol dan etilen. Kredit: Aaron Demeter

Desain katalis baru yang dibuat oleh para peneliti di Fakultas Sains & Teknik Terapan Universitas Toronto dapat secara signifikan meningkatkan kepraktisan proses elektrokimia yang mengubah karbon dioksida yang ditangkap menjadi molekul multi-karbon—beberapa blok bangunan utama industri kimia.

“Kita memerlukan rute alternatif untuk produk sehari-hari yang tidak memerlukan input bahan bakar fosil,” kata David Sinton, seorang profesor teknik mesin dan industri dan penulis senior pada makalah baru yang diterbitkan di Energi Alam.

Dengan kemajuan terbaru dalam penangkapan karbon, ada peluang untuk menggunakan CO22 untuk menggantikan bahan baku kimia inti yang diandalkan oleh dunia modern. Dengan mengembangkan cara hemat biaya untuk meningkatkan karbon ini menjadi produk yang sudah kita butuhkan, kita dapat meningkatkan insentif ekonomi untuk menangkap, daripada mengeluarkan, CO22.”

Salah satu cara untuk meningkatkan karbon melibatkan elektrokimia—listrik yang digunakan untuk mendorong reaksi kimia yang diinginkan. Konversi dilakukan di perangkat yang dikenal sebagai elektroliser, di mana elektron bergabung dengan reaktan di permukaan katalis padat.

Tim ini memiliki rekam jejak yang terbukti berhasil mengembangkan cara-cara inovatif untuk meningkatkan efisiensi CO elektrokimia2 konversi.

Dalam karya terbaru mereka yang diterbitkan, para peneliti berfokus pada varian dari proses yang dikenal sebagai “cascade CO2 reduksi.” Dalam proses dua langkah ini, CO2 Ini pertama kali dilarutkan dalam elektrolit cair dan kemudian dilewatkan melalui elektroliser, di mana ia bereaksi dengan elektron untuk membentuk karbon monoksida (CO).

CO kemudian dilewatkan melalui elektroliser kedua yang diubah menjadi produk dua karbon seperti etanol, yang biasa digunakan sebagai bahan bakar, dan etilen, yang merupakan pendahulu dari berbagai jenis plastik serta barang konsumen lainnya.

Pada langkah kedua inilah tim menemukan inefisiensi yang mereka yakini dapat diatasi. Tantangannya terkait dengan selektivitas, yaitu kemampuan untuk memaksimalkan produksi molekul target dengan mengurangi pembentukan produk samping yang tidak diinginkan.

“Salah satu masalah utama adalah selektivitas yang buruk di bawah ketersediaan reaktan yang rendah,” kata peneliti pasca-doktoral Adnan Ozden, salah satu dari empat penulis utama makalah baru.

Hal ini, pada gilirannya, mengarah pada pertukaran antara efisiensi energi—artinya seberapa efisien kita menggunakan elektron yang kita pompakan ke dalam sistem—versus efisiensi karbon, yang merupakan ukuran seberapa efisien kita menggunakan CO2.2 dan CO.”

“Ada cara untuk mencapai efisiensi energi yang tinggi, dan ada cara untuk mencapai efisiensi karbon yang tinggi, tetapi mereka biasanya didekati secara terpisah,” kata mantan peneliti pasca-doktoral Jun Li, penulis utama lainnya, yang sekarang menjadi profesor di Universitas Shanghai Jiao Tong. Mencapai keduanya dalam mode operasi tunggal adalah kuncinya.

Tim menyelidiki alasan pertukaran ini dan menemukan bahwa itu berasal dari akumulasi ion bermuatan positif yang berlebihan, yang dikenal sebagai kation, pada permukaan katalis, serta migrasi yang tidak diinginkan dari ion bermuatan negatif, yang dikenal sebagai anion, menjauh. .dari permukaan katalis.

Untuk mengatasi tantangan ini, mereka mengambil inspirasi dari desain superkapasitor, sistem elektrokimia lain di mana pengangkutan ion sangat penting. Mereka menambahkan bahan berpori, yang dikenal sebagai kerangka organik kovalen, ke permukaan katalis, yang memungkinkan mereka mengontrol pengangkutan kation dan anion di lingkungan reaksi lokal.

“Dengan modifikasi ini, kami memperoleh lapisan katalis yang sangat berpori dan sangat hidrofobik,” kata Li.

“Dalam desain ini, kerangka organik kovalen berinteraksi dengan kation untuk membatasi difusi mereka ke situs aktif. Kerangka organik kovalen juga membatasi anion yang diproduksi secara lokal karena hidrofobiknya yang tinggi.”

Menggunakan desain katalis baru, tim membuat elektroliser yang mengubah CO menjadi produk dua karbon dengan efisiensi karbon 95 persen, sekaligus menjaga efisiensi energi relatif tinggi pada 40 persen.

“Ketika Anda melihat apa yang telah dicapai sejauh ini di lapangan, berbagai pendekatan cenderung berfokus pada mendapatkan efisiensi energi yang sangat tinggi, atau efisiensi karbon yang sangat tinggi,” kata Ozden. Desain baru kami menunjukkan bahwa kompromi ini dapat dipatahkan.

Masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan. Misalnya, sementara perangkat prototipe mempertahankan kinerjanya selama lebih dari 200 jam, perangkat tersebut perlu bertahan lebih lama lagi jika akan digunakan secara industri. Namun, strategi baru menunjukkan potensi dalam hal kemampuannya untuk meningkatkan proposisi nilai peningkatan karbon yang ditangkap.

“Jika proses ini akan diadopsi secara komersial, kami harus dapat menunjukkan bahwa kami dapat menyelesaikan konversi dengan cara yang dapat diskalakan dan cukup hemat biaya untuk masuk akal secara ekonomi,” kata Sinton. “Saya pikir pendekatan kami menunjukkan bahwa ini adalah tujuan yang dapat dicapai.”

Informasi lebih lanjut:
Adnan Ozden et al, elektrolisis CO2/CO hemat energi dan karbon menjadi produk multikarbon melalui migrasi-adsorpsi ion asimetris, Energi Alam (2023). DOI: 10.1038/s41560-022-01188-2

Disediakan oleh Universitas Toronto

Kutipan: Peneliti menangkap karbon lebih efektif dengan desain katalis baru (2023, 23 Januari) diambil 23 Januari 2023 dari https://techxplore.com/news/2023-01-capture-carbon-effectively-catalyst.html

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.





Source link

Share :

Baca Juga

Bahan elektroda positif yang lebih murah meningkatkan baterai natrium solid-state

ENERGY

Bahan elektroda positif yang lebih murah meningkatkan baterai natrium solid-state
Perkiraan produksi minyak dan gas alam di negara-negara tertentu

ENERGY

Amerika Serikat terus memimpin produksi minyak dan gas alam global pada tahun 2020 – hari ini di bidang energi
Konsumsi tahunan gas alam di Amerika Serikat menurut sektor

ENERGY

Konsumsi gas alam AS akan menurun hingga 2022, dipimpin oleh sektor tenaga listrik – hari ini dalam energi
Laporan, Berita Energi, ET EnergyWorld

ENERGY

Laporan, Berita Energi, ET EnergyWorld
Kazakhstan akan mulai menjual minyak melalui pipa Azeri untuk menghindari Rusia

ENERGY

Kazakhstan akan mulai menjual minyak melalui pipa Azeri untuk menghindari Rusia
Partner Energy ke-4 mendapatkan pendanaan sebesar Rs. 250 crore dari CDC Group yang berbasis di Inggris, Energy News dan ET EnergyWorld

ENERGY

Partner Energy ke-4 mendapatkan pendanaan sebesar Rs. 250 crore dari CDC Group yang berbasis di Inggris, Energy News dan ET EnergyWorld
Pt. Pln (persero) Berencana Mengonversi 2.130 Pltd Menjadi Pembangkit Ebt

ENERGY

PT. PLN (Persero) Berencana Mengubah 2.130 PLTD Menjadi Pembangkit EBT
Kunci nuklir untuk mencapai tujuan bebas karbon menciptakan lapangan kerja

ENERGY

Kunci nuklir untuk mencapai tujuan bebas karbon menciptakan lapangan kerja