Daha fazla güç, daha az kazanç: Çalışma, daha temiz metanol üretiminde bir darboğaz ortaya koyuyor

Yeni bir çalışma, elektrikle çalışan kimyasal reaksiyonların gücünü artırmak, bunların daha verimli olacağını garanti etmiyor; bu bulgu, araştırmacıları sürdürülebilir kimyasal üretim için ideal koşulları yaratmaya daha da yaklaştırıyor.

Bilim adamları bu sınırlamayı, karbon monoksiti hayati bir yakıt kaynağı ve endüstriyel içerik olan metanole dönüştürerek belirlediler; bu, reaksiyonun ne kadar iyi çalıştığının yalnızca uygulanan voltaja değil, aynı zamanda bir katalizörün karbon monoksit moleküllerine ne kadar hızlı bağlandığına da bağlı olduğunu gösterdi.

Ohio Eyalet Üniversitesi kimya alanında doktora sonrası öğrencisi ve 2 Kasım’da yayınlanan çalışmanın baş yazarı Zhihao Cui, belirli adımların reaksiyonun hızını nasıl kontrol ettiğini ortaya çıkararak, bu bulguların bilim adamlarının daha temiz yakıtlar ve kimyasallar üretmek için daha iyi yöntemler ve süreçler tasarlamasına yardımcı olabileceğini söyledi. Doğa Kimyası.

Cui, “Geleneksel kimyasal üretimini gerçekten yenilenebilir elektrikle desteklenen sürdürülebilir kimyasal üretimle değiştirmek istiyoruz” dedi. “Fakat bu hedefe ulaşmak için öncelikle yolumuza çıkan temel kısıtlamaların üstesinden gelmemiz gerekiyor.”

Bu tür kısıtlamalardan biri, sıkıcı ve zaman alıcı bir süreç olan karbon monoksiti metanole dönüştürmek için gereken çabayı içerir. Ancak bu ekibin sonuçları, katalizörlerin ve çevrelerinin nasıl daha verimli şekilde tasarlanabileceğine dair yeni bilgiler sağlayarak daha temiz, daha verimli kimyasal üretimin önünü açıyor.

Gerilim reaksiyon darboğazını kaydırır

Ekip bu sonuca metal bazlı bir katalizörü karbon nanotüplere (benzersiz elektriksel özelliklere sahip küçük grafen tüpleri) bağlayıp bunları karbon monoksitle doldurarak ulaştı. Her birine farklı seviyelerde elektrik uyguladıktan sonra ekip, kobalt bazlı bir katalizörün bu moleküllere diğer metal katalizörlerden daha güçlü bir şekilde tutunabildiğini gördü.

Araştırmacılar, deneyleri aracılığıyla, hem kimyasal ortamın hem de katalizörün bağlanma kuvvetinin, kimyasal reaksiyonun sonucunu etkileyebileceğini de buldular.

Cui, “Buradaki atılımlardan biri, hem çevredeki elektrolitlerin hem de çevrenin moleküle uyum sağlamak için ne kadar hızlı yeniden düzenlenebileceğinin, moleküllerin ne kadar hızlı adsorbe edildiğini etkilediğini göstermemizdir” dedi. “Ancak karbon monoksitin katalizöre ne kadar hızlı adsorbe edildiğini belirleyen şey, ortamın moleküle uyum sağlamak için ne kadar hızlı yeniden düzenlenebileceğine bağlıdır.”

Bu, daha düşük voltajlarda reaksiyonun, elektronların reaksiyonu başlatmak için ne kadar hızlı transfer edebildikleri ile sınırlı olabileceği anlamına gelir. Buna karşılık, daha yüksek voltajlarda yarış, karbon monoksitin katalizörlere ne kadar hızlı bağlandığı konusunda değişiyor. Her iki senaryo da metanol üretimini yavaşlatabilir.

Emisyonları faydalı ürünlere dönüştürmek

Araştırmanın ortak yazarı ve Ohio State’de kimya ve biyokimya profesörü olan Anne Co, daha ileri analizlerin, karbon monoksitin metanole dönüştürülmesinin, kaynaklandığı karbondioksitin Dünya atmosferine geri salınmak yerine yararlı ürünlere dönüştürülebileceği anlamına gelmesi nedeniyle, çalışmanın daha derin sürdürülebilirlik etkilerine sahip olduğunu öne sürdüğünü söyledi.

“İnsanlar elektrolizi kullanmanın yeni yollarını arıyorlardı, ancak tavana çarptılar” dedi. “Ancak sürecin arkasındaki adımları iyileştirerek, CO₂ ve CO emisyonlarını önemli ölçüde azaltmak için yenilenebilir kaynakları daha iyi kullanabiliriz.”

Bu nedenle ekibin çerçevesini karbon kullanım teknolojileriyle birlikte kullanmanın sürdürülebilir enerjiye yönelik endüstriyel ilgiyi artırabileceğini ve toplumun fosil yakıtlara olan bağımlılığını azaltmaya yardımcı olabileceğini söyledi.

Co, genel olarak çalışmalarının, yakıtların ve diğer önemli kimyasalların oluşturulmasında kritik olan yeni nesil katalizörlerin ve elektrokimyasal sistemlerin geliştirilmesi için bir temel oluşturduğunu söyledi.

Dayanıklılığın ve diğer kimyasal süreçlerin test edilmesi

Daha sonra ekip, bu bulguların diğer kimyasal süreçleri de iyileştirip iyileştiremeyeceğini araştırmayı, sistemin daha uzun sürelerde ne kadar iyi performans gösterdiğini test etmeyi ve süreçlerinin geleneksel metanol üretim yöntemlerine karşı ne kadar iyi dayandığını değerlendirmeyi planlıyor.

Co. “Bu araştırmadan keşfedilecek pek çok yön var” dedi. “Fakat geleceğin bilim adamlarını kritik sorular sormaya ve bulguları hakkında derinlemesine düşünmeye teşvik etmeyi umuyorum.”