Canfuwyd bod mwynau pridd sydd wedi'u dosbarthu'n eang, sef α-haearn-(III) ocshydrocsid, yn gatalydd ailgylchadwy ar gyfer ffotoleihau carbon deuocsid i asid fformig. Credyd: Yr Athro Kazuhiko Maeda
Mae ffotoleihau CO2 i danwydd cludadwy fel asid fformig (HCOOH) yn ffordd dda o frwydro yn erbyn lefelau CO2 cynyddol yn yr atmosffer. I helpu gyda'r dasg hon, dewisodd tîm ymchwil yn Sefydliad Technoleg Tokyo fwynau haearn sydd ar gael yn rhwydd a'i lwytho ar gefnogaeth alwmina i ddatblygu catalydd a all drosi CO2 yn HCOOH yn effeithlon, tua 90% o ddetholiad!
Mae cerbydau trydan yn opsiwn deniadol i lawer o bobl, ac un rheswm allweddol yw nad oes ganddynt unrhyw allyriadau carbon. Anfantais fawr i lawer, fodd bynnag, yw eu diffyg ystod a'u hamseroedd gwefru hir. Dyma lle mae gan danwydd hylif fel gasoline fantais fawr. Mae eu dwysedd ynni uchel yn golygu ystodau hir ac ail-lenwi cyflym.
Gall newid o gasoline neu diesel i danwydd hylif gwahanol ddileu allyriadau carbon wrth gadw manteision tanwydd hylif. Mewn cell danwydd, er enghraifft, gall asid fformig bweru injan wrth ryddhau dŵr a charbon deuocsid. Fodd bynnag, os cynhyrchir asid fformig trwy leihau CO2 atmosfferig i HCOOH, yna'r unig allbwn net yw dŵr.
Mae lefelau carbon deuocsid cynyddol yn ein hatmosffer a'u cyfraniad at gynhesu byd-eang bellach yn newyddion cyffredin. Wrth i ymchwilwyr arbrofi gyda gwahanol ddulliau o fynd i'r afael â'r broblem, daeth ateb effeithiol i'r amlwg—troi gormod o garbon deuocsid yn yr atmosffer yn gemegau sy'n llawn ynni.
Mae cynhyrchu tanwyddau fel asid fformig (HCOOH) trwy ffotoleihau CO2 yng ngolau'r haul wedi denu llawer o sylw yn ddiweddar oherwydd bod gan y broses fudd dwbl: mae'n lleihau allyriadau CO2 gormodol ac mae hefyd yn helpu i leihau'r prinder ynni yr ydym yn ei wynebu ar hyn o bryd. Fel cludwr rhagorol ar gyfer hydrogen gyda dwysedd ynni uchel, gall HCOOH ddarparu ynni trwy hylosgi wrth ryddhau dŵr yn unig fel sgil-gynnyrch.
I wireddu'r ateb proffidiol hwn, mae gwyddonwyr wedi datblygu systemau ffotocatalytig sy'n lleihau carbon deuocsid gyda chymorth golau'r haul. Mae'r system hon yn cynnwys swbstrad sy'n amsugno golau (h.y., ffotosensiteiddiwr) a chatalydd sy'n galluogi'r trosglwyddiad electronau lluosog sy'n ofynnol ar gyfer lleihau CO2 i HCOOH. Ac felly dechreuwyd chwilio am gatalyddion addas ac effeithlon!
Gostyngiad ffotocatalytig carbon deuocsid gan ddefnyddio infograffeg cyfansawdd a ddefnyddir yn gyffredin. Credyd: Yr Athro Kazuhiko Maeda
Oherwydd eu heffeithlonrwydd a'u potensial i gael eu hailgylchu, ystyrir mai catalyddion solet yw'r ymgeiswyr gorau ar gyfer y dasg hon, a thros y blynyddoedd, archwiliwyd galluoedd catalytig llawer o fframweithiau metel-organig (MOFs) sy'n seiliedig ar gobalt, manganîs, nicel a haearn, ac ymhlith y rhain mae gan yr olaf rai manteision dros fetelau eraill. Fodd bynnag, dim ond carbon monocsid fel y prif gynnyrch y mae'r rhan fwyaf o gatalyddion sy'n seiliedig ar haearn a adroddwyd hyd yn hyn yn ei gynhyrchu, nid HCOOH.
Fodd bynnag, cafodd y broblem hon ei datrys yn gyflym gan dîm o ymchwilwyr yn Sefydliad Technoleg Tokyo (Tokyo Tech) dan arweiniad yr Athro Kazuhiko Maeda. Mewn astudiaeth ddiweddar a gyhoeddwyd yn y cyfnodolyn cemegol Angewandte Chemie, dangosodd y tîm gatalydd seiliedig ar haearn â chefnogaeth alwmina (Al2O3) gan ddefnyddio α-haearn(III) ocshydrocsid (α-FeO​​​OH; geothit). Mae'r catalydd α-FeO​​​OH/Al2O3 newydd yn arddangos perfformiad trosi CO2 i HCOOH rhagorol ac ailgylchadwyedd rhagorol. Pan ofynnwyd iddo am eu dewis o gatalydd, dywedodd yr Athro Maeda: “Rydym am archwilio elfennau mwy niferus fel catalyddion mewn systemau ffotoleihau CO2. Mae angen catalydd solet arnom sy'n weithredol, yn ailgylchadwy, yn ddiwenwyn ac yn rhad. Dyna pam y gwnaethom ddewis mwynau pridd sydd wedi'u dosbarthu'n eang fel goethite ar gyfer ein harbrofion.”
Defnyddiodd y tîm ddull trwytho syml i syntheseiddio eu catalydd. Yna fe wnaethant ddefnyddio deunyddiau Al2O3 â chymorth haearn i leihau CO2 yn ffotocatalytig ar dymheredd ystafell ym mhresenoldeb ffotosensiteiddiwr wedi'i seilio ar rwtheniwm (Ru), rhoddwr electronau, a golau gweladwy â thonfeddi dros 400 nanometr.
Mae'r canlyniadau'n galonogol iawn. Roedd detholiad eu system ar gyfer y prif gynnyrch HCOOH yn 80–90% gyda chynnyrch cwantwm o 4.3% (sy'n dangos effeithlonrwydd y system).
Mae'r astudiaeth hon yn cyflwyno catalydd solet cyntaf o'i fath sy'n seiliedig ar haearn a all gynhyrchu HCOOH pan gaiff ei baru â ffotosensiteiddiwr effeithlon. Mae hefyd yn trafod pwysigrwydd deunydd cynnal priodol (Al2O3) a'i effaith ar yr adwaith lleihau ffotocemegol.
Gallai mewnwelediadau o'r ymchwil hwn helpu i ddatblygu catalyddion newydd heb fetelau nobl ar gyfer ffotoleihau carbon deuocsid i gemegau defnyddiol eraill. ”Mae ein hymchwil yn dangos nad yw'r llwybr i economi ynni gwyrdd yn gymhleth. Gall hyd yn oed dulliau paratoi catalyddion syml gynhyrchu canlyniadau gwych, ac mae'n hysbys y gellir defnyddio cyfansoddion sydd ar gael ar y ddaear, os cânt eu cefnogi gan gyfansoddion fel alwmina, fel catalydd dethol ar gyfer lleihau CO2,” meddai'r Athro Maeda.
Cyfeiriadau: "Oxyhydroxide Alffa-Haearn a Gefnogir gan Alwmina (III) fel Catalydd Solid Ailgylchadwy ar gyfer Ffotoleihad CO2 o dan Oleuni Gweladwy" gan Daehyeon An, Dr Shunta Nishioka, Dr Shuhei Yasuda, Dr. Tomoki Kanazawa, Dr. Yoshinobu Kamakura, Yr Athro Shusu. . Kazuhiko Maeda, 12 Mai 2022, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
“Dyna lle mae gan danwydd hylif fel gasoline fantais fawr. Mae eu dwysedd ynni uchel yn golygu pellteroedd hir ac ail-lenwi cyflym.”
Beth am rai rhifau? Sut mae dwysedd ynni asid fformig yn cymharu â gasoline? Gyda dim ond un atom carbon yn y fformiwla gemegol, rwy'n amau ​​​​y byddai hyd yn oed yn dod yn agos at gasoline.
Yn ogystal â hynny, mae'r arogl yn wenwynig iawn ac, fel asid, mae'n fwy cyrydol na gasoline. Nid problemau peirianneg na ellir eu datrys yw'r rhain, ond oni bai bod asid fformig yn cynnig manteision sylweddol wrth gynyddu ystod a lleihau amser ail-lenwi batri, mae'n debyg nad yw'n werth yr ymdrech.
Pe byddent yn bwriadu echdynnu goethite o'r pridd, byddai'n weithrediad mwyngloddio sy'n defnyddio llawer o ynni ac o bosibl yn niweidiol i'r amgylchedd.
Efallai y byddan nhw'n sôn am lawer o goethite yn y pridd gan fy mod i'n amau ​​y byddai angen mwy o egni i gael y deunyddiau crai angenrheidiol a'u hadweithio i syntheseiddio goethite.
Mae angen edrych ar gylchred oes gyfan y broses a chyfrifo cost ynni popeth. Ni chanfu NASA unrhyw beth fel lansiad am ddim. Mae angen i eraill gadw hyn mewn cof.
SciTechDaily: Cartref y newyddion technoleg gorau ers 1998. Cadwch lygad ar y newyddion technoleg diweddaraf drwy e-bost neu gyfryngau cymdeithasol.
Mae meddwl am flasau myglyd a meddwol barbeciw yn ddigon i wneud i'r rhan fwyaf o bobl boeri. Mae'r haf yma, ac i lawer…