Çığır Açan Elektrokatalizör Karbondioksidi Etanole Dönüştürüyor
Fotoğraf: Bir sanatçının, karbondioksit ve suyu etanole dönüştürebilen yeni bir elektrokatalitik süreç tasviri.
Argonne Ulusal Laboratuvarı, Chicago Üniversitesi Pritzker Moleküler Mühendisliği Okulu ve Northern Illinois Üniversitesi’nden bilim insanları tarafından yönetilen bir araştırma ekibi, karbondioksit ve suyu çok yüksek enerji verimliliği ve düşük maliyetle sürekli olarak etanole dönüştürebilen yeni bir elektrokatalizör keşfetti.
Karbondioksit kararlı bir molekül olduğu için, onu farklı bir moleküle dönüştürmek normalde yoğun enerji gerektirir ve maliyetlidir.
Ancak yeni süreç, fosil yakıt veya alkol fermantasyon tesisleri gibi endüstriyel işlemlerden yayılan karbondioksiti elektrokimyasal olarak makul bir maliyetle değerli bir maddeye dönüştürebilir. Etanol, neredeyse tüm ABD benzinlerinde bulunan bir bileşendir ve kimya, ilaç ve kozmetik endüstrilerinde bir ara ürün olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.
Argonne’nin Kimya Bilimleri ve Mühendislik bölümündeki kıdemli kimyager ve Chicago Üniversitesi Pritzker School of Molecular’da bir UChicago CASE bilimcisi olan Di-Jia Liu, “Katalizörümüzden kaynaklanan süreç, karbondioksitin yeniden kullanılmasını gerektiren döngüsel karbon ekonomisine katkıda bulunacaktır.” dedi.
Bulgular yakın zamanda Nature Energy dergisinde yayınlandı.
Takımın katalizörü, bir karbon tozu desteği üzerinde atomik olarak dağılmış bakırdan oluşuyor. Bir elektrokimyasal reaksiyonla, bu katalizör karbondioksit ve su moleküllerini parçalar ve kırılan molekülleri seçici bir şekilde harici bir elektrik alanı altında etanol olarak yeniden birleştirir.
Bu işlemde önceki girişimler genellikle karbondioksiti tam olarak dönüştürmede pek iyi değildir. Ancak yeni yöntemin elektrokatalitik seçiciliği veya “Faradaik verimliliği” % 90’ın üzerindedir – rapor edilen diğer tüm işlemlerden çok daha yüksektir. Dahası, katalizör düşük voltajda uzun çalışma boyunca kararlı bir şekilde çalışır.
Liu, “Katalizörümüzü kullanarak karbondioksitten etanole dönüşümün elektrokimyasal sürecini elektrik şebekesine bağlayabilir ve yoğun olmayan saatlerde güneş ve rüzgâr gibi yenilenebilir kaynaklardan sağlanan düşük maliyetli elektrikten faydalanabiliriz” dedi.
Süreç düşük sıcaklık ve basınçta çalıştığı için, aralıklı yenilenebilir elektrik arzına yanıt olarak hızla başlayıp durabilir.
Liu, “Bu yaklaşımı kullanarak birkaç yeni katalizör hazırladık ve hepsinin karbondioksiti diğer hidrokarbonlara dönüştürmede oldukça verimli olduklarını gördük” dedi. “Bu umut verici teknolojiyi ilerletmek için bu araştırmaya endüstri ile iş birliği içinde devam etmeyi planlıyoruz.”
Ekibin araştırması, Argonne’daki Gelişmiş Foton Kaynağı ve Nano Ölçekli Malzemeler Merkezi’nin yanı sıra Laboratuar Hesaplama Kaynak Merkezi’nden yararlandı.
Illinois Üniversitesi Northern Kimya ve Biyokimya Bölümü’nde yardımcı doçent ve Argonne’un X-ışını Bilimi bölümünde bir yardımcı bilim insanı olan Tao Li, “APS’deki X-ışını ışınlarının yüksek foton akışı sayesinde, elektrokimyasal reaksiyon sırasında katalizörün yapısal değişikliklerini yakaladık” dedi.
Northern Illinois Üniversitesi’nden fiziksel kimya ve nanoteknoloji profesörü ortak yazar Tao Xu, “Bu araştırmayla, karbondioksit ve suyu etanole dönüştürmek için yeni bir katalitik mekanizma keşfettik” dedi. “Mekanizma ayrıca, çok çeşitli katma değerli kimyasallara karbondioksit dönüşümü için yüksek verimli elektrokatalizörlerin geliştirilmesi için bir temel sağlamalıdır.”
Kaynakça: scitechdaily.com
