Prof. Chih-Jung Chen liderliğindeki Ulusal Tayvan Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, biyokütleyi yüksek değerli kimyasallara verimli bir şekilde dönüştürebilen yenilikçi bir elektrokimyasal platform geliştirirken, aynı anda hidrojen yakıt üreterek-geleneksel elektrolitler veya iyon aşımı membranlarının kullanımı olmadan.
Bu ilerleme, sürdürülebilir kimyasal üretim ve temiz enerji teknolojilerindeki uzun süredir devam eden zorluklara umut verici bir çözüm sunmaktadır.
Çalışmalarında yayınlanan Kimya Mühendisliği Dergisiekip, hidrojen evrim reaksiyonundan (HER) 5-hidroksimetilfurfural (HMF) olan 5-hidroksimetilfurfural (HMF) oksidasyonunu ayıran bir “redoks rezervuarı” (RR) sistemi tanıttı.
Bu iki yarım reaksiyonu hem uzamsal hem de zamansal olarak ayırarak, sistem istenmeyen yan reaksiyonları en aza indirir ve her işlem üzerinde daha fazla kontrol sağlar.
Geleneksel olarak, HMF oksidasyonu reaksiyon oranlarını arttırmak için kuvvetli alkalin elektrolitlerde gerçekleştirilir. Bununla birlikte, bu tür ortamlar genellikle Cannizzaro orantısızlığı ve humin oluşumu gibi istenmeyen yan reaksiyonları tetikler, ürün verimini ve karbon verimliliğini azaltır. Ayrıca, katodik HER süreci HMF moleküllerini daha da istikrarsızlaştırabilir ve bu da önemli karbon kaybına yol açabilir.
Bu sınırlamaları ele almak için araştırmacılar, katı hal oksidan görevi gören nikel oksihidroksitten (NiOOH) oluşan yeniden kullanılabilir bir RR elektrot tasarladılar.
Saf suda, RR, nikel hidroksite dönüşen elektrolit tuzlarına veya dış voltaja ihtiyaç duymadan HMF’yi kimyasal olarak oksitler (Ni (OH)2). RR’nin bu azaltılmış formu daha sonra onun sırasında elektrokimyasal olarak rejenere edilebilir, böylece redoks döngüsünü tamamlayabilir.
Baş yazar Shih-Wei Lin, “Konsept pompalanan hidro depolamaya benzer, ancak mikro ölçekte uygulandı.” “Enerji, onun sırasında RR elektrotunda elektrokimyasal olarak saklanır ve daha sonra biyokütle oksidasyonunu sağlamak için kimyasal olarak serbest bırakılır – verimli ve temiz bir şekilde.”
Platform, 300 mm’ye kadar yüksek HMF konsantrasyonlarından, endüstriyel olarak anlamlı seviyelere yaklaşan biyoplastikler için% 97.4 verim 2,5-furandikarboksilik asit (FDCA) sağlayarak dikkate değer bir performans gösterdi.
Adımı sırasında, NiOOH’un yenilenmesi%96.0’lık bir Faradaik verimliliği korurken, genel süreç%94.8 yüksek voltaj verimliliği elde etti.
Chih-Jung Chen, “Bulgularımız yeşil kimyasal sentez için yeni yollar açıyor.” Dedi. “Sistem aynı zamanda aldehit veya furfural gibi alkol grupları içeren diğer organik molekülleri oksitleyebilir, çok yönlülüğünün altını çizebilir.”
Destekleyici elektrolitleri ve membran bileşenlerini ortadan kaldırarak, yaklaşım enerji taleplerini azaltır, maddi maliyetleri düşürür ve akış aşağı saflaştırmayı basitleştirir. Ayrıca karbon kayıplarını en aza indirir ve ürün saflığını arttırır, biyo bazlı kimyasallar ve temiz hidrojen üretmek için ölçeklenebilir ve sürdürülebilir bir yol sağlar.
Bu atılım, kimya endüstrisinin kararsızlaştırılmasına ve çevreye karşı sorumlu kimyasal dönüşümler için yenilenebilir elektrikten yararlanmak için kritik bir adımı temsil etmektedir.
