Mae'r erthygl hon wedi'i hadolygu yn unol â gweithdrefnau a pholisïau golygyddol Science X. Mae'r golygyddion wedi pwysleisio'r rhinweddau canlynol wrth sicrhau uniondeb y cynnwys:
Mae carbon deuocsid (CO2) yn adnodd hanfodol ar gyfer bywyd ar y Ddaear ac yn nwy tŷ gwydr sy'n cyfrannu at gynhesu byd-eang. Heddiw, mae gwyddonwyr yn astudio carbon deuocsid fel adnodd addawol ar gyfer cynhyrchu tanwyddau adnewyddadwy, carbon isel a chynhyrchion cemegol gwerth uchel.
Yr her i ymchwilwyr yw nodi ffyrdd effeithlon a chost-effeithiol o drosi carbon deuocsid yn ganolradd carbon o ansawdd uchel fel carbon monocsid, methanol neu asid fformig.
Mae tîm ymchwil dan arweiniad KK Neuerlin o'r Labordy Ynni Adnewyddadwy Cenedlaethol (NREL) a chydweithwyr yn Labordy Cenedlaethol Argonne a Labordy Cenedlaethol Oak Ridge wedi dod o hyd i ateb addawol i'r broblem hon. Datblygodd y tîm ddull trosi i gynhyrchu asid fformig o garbon deuocsid gan ddefnyddio trydan adnewyddadwy gydag effeithlonrwydd ynni a gwydnwch uchel.
Cyhoeddwyd yr astudiaeth, o'r enw “Scalable membrane electrode assembly architecture for efficient electrochemical conversion of carbon dioxide to formic acid,” yn y cyfnodolyn Nature Communications.
Mae asid fformig yn ganolradd cemegol posibl gydag ystod eang o gymwysiadau, yn enwedig fel deunydd crai yn y diwydiannau cemegol neu fiolegol. Mae asid fformig hefyd wedi'i nodi fel deunydd crai ar gyfer bioburo yn danwydd awyrennau glân.
Mae electrolysis CO2 yn arwain at leihau CO2 i ganolradd cemegol fel asid fformig neu foleciwlau fel ethylen pan roddir potensial trydanol i'r gell electrolytig.
Mae'r cynulliad pilen-electrod (MEA) mewn electrolytydd fel arfer yn cynnwys pilen sy'n dargludo ïonau (pilen cyfnewid cation neu anion) wedi'i gosod rhwng dau electrod sy'n cynnwys electrocatalydd a polymer sy'n dargludo ïonau.
Gan ddefnyddio arbenigedd y tîm mewn technolegau celloedd tanwydd ac electrolysis hydrogen, fe wnaethant astudio sawl cyfluniad MEA mewn celloedd electrolytig i gymharu'r gostyngiad electrocemegol o CO2 i asid fformig.
Yn seiliedig ar ddadansoddiad methiant gwahanol ddyluniadau, ceisiodd y tîm fanteisio ar gyfyngiadau setiau deunyddiau presennol, yn enwedig y diffyg gwrthod ïonau mewn pilenni cyfnewid anionau cyfredol, a symleiddio dyluniad cyffredinol y system.
Dyfais gan KS Neierlin a Leiming Hu o NREL oedd electrolytydd MEA gwell gan ddefnyddio pilen cyfnewid cation tyllog newydd. Mae'r bilen tyllog hon yn darparu cynhyrchiad asid fformig cyson a dethol iawn ac yn symleiddio'r dyluniad trwy ddefnyddio cydrannau parod.
“Mae canlyniadau’r astudiaeth hon yn cynrychioli newid patrwm yn y broses o gynhyrchu asidau organig fel asid fformig yn electrocemegol,” meddai’r cyd-awdur Neierlin. “Mae strwythur y bilen dyllog yn lleihau cymhlethdod dyluniadau blaenorol a gellir ei ddefnyddio hefyd i wella effeithlonrwydd ynni a gwydnwch dyfeisiau trosi carbon deuocsid electrocemegol eraill.”
Fel gydag unrhyw ddatblygiad gwyddonol, mae'n bwysig deall y ffactorau cost a'r hyfywedd economaidd. Gan weithio ar draws adrannau, cyflwynodd ymchwilwyr NREL Zhe Huang a Tao Ling ddadansoddiad techno-economaidd yn nodi ffyrdd o gyflawni cydraddoldeb cost â phrosesau cynhyrchu asid fformig diwydiannol heddiw pan fydd cost trydan adnewyddadwy ar neu islaw 2.3 sent y cilowat-awr.
“Cyflawnodd y tîm y canlyniadau hyn gan ddefnyddio catalyddion sydd ar gael yn fasnachol a deunyddiau pilen polymer, wrth greu dyluniad MEA sy’n manteisio ar raddfaadwyedd celloedd tanwydd modern a gweithfeydd electrolysis hydrogen,” meddai Neierlin.
“Gallai canlyniadau’r ymchwil hwn helpu i drosi carbon deuocsid yn danwydd a chemegau gan ddefnyddio trydan adnewyddadwy a hydrogen, gan gyflymu’r newid i raddfa-up a masnacheiddio.”
Mae technolegau trosi electrocemegol yn elfen graidd o raglen Electronau i Foleciwlau NREL, sy'n canolbwyntio ar hydrogen adnewyddadwy'r genhedlaeth nesaf, dim tanwydd, cemegau a deunyddiau ar gyfer prosesau sy'n cael eu gyrru'n drydanol.
“Mae ein rhaglen yn archwilio ffyrdd o ddefnyddio trydan adnewyddadwy i drosi moleciwlau fel carbon deuocsid a dŵr yn gyfansoddion a all wasanaethu fel ffynonellau ynni,” meddai Randy Cortright, cyfarwyddwr strategaeth trosglwyddo electronau a/neu ragflaenwyr NREL ar gyfer cynhyrchu tanwydd neu gemegau.”
“Mae’r ymchwil hon i drosi electrocemegol yn darparu datblygiad y gellir ei ddefnyddio mewn amrywiaeth o brosesau trosi electrocemegol, ac edrychwn ymlaen at ganlyniadau mwy addawol gan y grŵp hwn.”
Gwybodaeth bellach: Leiming Hu et al., Pensaernïaeth cydosod electrod pilen graddadwy ar gyfer trosi electrogemegol effeithlon o CO2 i asid fformig, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Os byddwch chi'n dod ar draws camgymeriad teipio, anghywirdeb, neu os hoffech chi gyflwyno cais i olygu cynnwys ar y dudalen hon, defnyddiwch y ffurflen hon. Ar gyfer cwestiynau cyffredinol, defnyddiwch ein ffurflen gyswllt. Am adborth cyffredinol, defnyddiwch yr adran sylwadau cyhoeddus isod (dilynwch y cyfarwyddiadau).
Mae eich adborth yn bwysig iawn i ni. Fodd bynnag, oherwydd y nifer fawr o negeseuon, ni allwn warantu ymateb personol.
Dim ond i ddweud wrth y derbynwyr pwy anfonodd yr e-bost y defnyddir eich cyfeiriad e-bost. Ni fydd eich cyfeiriad na chyfeiriad y derbynnydd yn cael eu defnyddio at unrhyw ddiben arall. Bydd y wybodaeth a nodwch yn ymddangos yn eich e-bost ac ni fydd yn cael ei storio gan Tech Xplore mewn unrhyw ffurf.
Mae'r wefan hon yn defnyddio cwcis i hwyluso llywio, dadansoddi eich defnydd o'n gwasanaethau, casglu data personoli hysbysebu, a darparu cynnwys gan drydydd partïon. Drwy ddefnyddio ein gwefan, rydych yn cydnabod eich bod wedi darllen a deall ein Polisi Preifatrwydd a'n Telerau Defnyddio.