Madini ya udongo yaliyosambazwa sana, oksihidroksidi ya α-iron-(III), iligundulika kuwa kichocheo kinachoweza kutumika tena kwa ajili ya kupunguza kaboni dioksidi kuwa asidi fomi. Chanzo: Profesa Kazuhiko Maeda
Kupunguza CO2 kwa upigaji picha hadi kwenye mafuta yanayoweza kusafirishwa kama vile asidi ya fomi (HCOOH) ni njia nzuri ya kupambana na viwango vya CO2 vinavyoongezeka angani. Ili kusaidia katika kazi hii, timu ya utafiti katika Taasisi ya Teknolojia ya Tokyo ilichagua madini yanayopatikana kwa urahisi yenye msingi wa chuma na kuyapakia kwenye usaidizi wa alumina ili kutengeneza kichocheo ambacho kinaweza kubadilisha CO2 kwa ufanisi kuwa HCOOH, kama uteuzi wa 90%!
Magari ya umeme ni chaguo linalovutia watu wengi, na sababu kuu ni kwamba hayana uzalishaji wa kaboni. Hata hivyo, ubaya mkubwa kwa wengi ni ukosefu wa umbali wa kutosha na muda mrefu wa kuchaji. Hapa ndipo mafuta ya kioevu kama petroli yana faida kubwa. Uzito wao mkubwa wa nishati unamaanisha umbali mrefu na kujaza mafuta haraka.
Kubadilisha kutoka petroli au dizeli hadi mafuta mengine ya kimiminika kunaweza kuondoa uzalishaji wa kaboni huku kukiwa na faida za mafuta ya kimiminika. Katika seli ya mafuta, kwa mfano, asidi ya fomi inaweza kuwasha injini huku ikitoa maji na dioksidi kaboni. Hata hivyo, ikiwa asidi ya fomi huzalishwa kwa kupunguza CO2 ya angahewa hadi HCOOH, basi pato halisi pekee ni maji.
Kuongezeka kwa viwango vya kaboni dioksidi katika angahewa letu na mchango wao katika ongezeko la joto duniani sasa ni habari za kawaida. Watafiti walipojaribu mbinu tofauti za kutatua tatizo hilo, suluhisho bora liliibuka—kubadilisha kaboni dioksidi iliyozidi katika angahewa kuwa kemikali zenye nishati nyingi.
Uzalishaji wa mafuta kama vile asidi fomi (HCOOH) kwa kupunguza CO2 kwenye mwanga wa jua umevutia umakini mkubwa hivi karibuni kwa sababu mchakato huu una faida maradufu: hupunguza uzalishaji wa CO2 kupita kiasi na pia husaidia kupunguza uhaba wa nishati tunayokabiliana nayo kwa sasa. Kama kibebaji bora cha hidrojeni yenye msongamano mkubwa wa nishati, HCOOH inaweza kutoa nishati kupitia mwako huku ikitoa maji tu kama bidhaa mbadala.
Ili kufanya suluhisho hili lenye faida kubwa liwe kweli, wanasayansi wameunda mifumo ya fotokatalitiki inayopunguza kaboni dioksidi kwa msaada wa mwanga wa jua. Mfumo huu una sehemu ndogo inayofyonza mwanga (yaani, kihisi mwanga) na kichocheo kinachowezesha uhamishaji wa elektroni nyingi unaohitajika kwa ajili ya kupunguza CO2 hadi HCOOH. Na hivyo wakaanza kutafuta vichocheo vinavyofaa na vyenye ufanisi!
Kupunguza kaboni dioksidi kwa kutumia picha za kiwanja zinazotumika sana. Sifa: Profesa Kazuhiko Maeda
Kutokana na ufanisi wao na uwezo wao wa kutumia tena, vichocheo imara vinachukuliwa kuwa wagombea bora zaidi kwa kazi hii, na kwa miaka mingi, uwezo wa kichocheo wa mifumo mingi ya metali-kikaboni ya kobalti, manganese, nikeli na chuma (MOFs) umechunguzwa, miongoni mwao ambayo mwisho una faida kadhaa juu ya metali zingine. Hata hivyo, vichocheo vingi vya metali vilivyoripotiwa hadi sasa hutoa monoksidi kaboni tu kama bidhaa kuu, si HCOOH.
Hata hivyo, tatizo hili lilitatuliwa haraka na timu ya watafiti katika Taasisi ya Teknolojia ya Tokyo (Tokyo Tech) iliyoongozwa na Profesa Kazuhiko Maeda. Katika utafiti wa hivi karibuni uliochapishwa katika jarida la kemikali la Angewandte Chemie, timu hiyo ilionyesha kichocheo cha chuma kinachoungwa mkono na alumina (Al2O3) kwa kutumia oksihidroksidi ya α-iron(III) (α-FeO​​​ OH; geothite). Kichocheo kipya cha α-FeO​​OH/Al2O3 kinaonyesha utendaji bora wa ubadilishaji wa CO2 hadi HCOOH na uwezo bora wa kutumia tena. Alipoulizwa kuhusu chaguo lao la kichocheo, Profesa Maeda alisema: "Tunataka kuchunguza vipengele vingi zaidi kama vichocheo katika mifumo ya upigaji picha wa CO2. Tunahitaji kichocheo imara ambacho ni hai, kinaweza kutumika tena, hakina sumu na cha bei nafuu. Ndiyo maana tulichagua madini ya udongo yaliyosambazwa sana kama goethite kwa majaribio yetu."
Timu hiyo ilitumia mbinu rahisi ya upachikaji ili kusanisi kichocheo chao. Kisha walitumia nyenzo za Al2O3 zinazoungwa mkono na chuma ili kupunguza CO2 kwa njia ya fotokalisi kwenye joto la kawaida mbele ya kihisi mwangazaji cha ruthenium (Ru), mtoaji wa elektroni, na mwanga unaoonekana wenye mawimbi zaidi ya nanomita 400.
Matokeo yanatia moyo sana. Uteuzi wa mfumo wao kwa bidhaa kuu ya HCOOH ulikuwa 80–90% na mavuno ya kiasi cha 4.3% (ikionyesha ufanisi wa mfumo).
Utafiti huu unawasilisha kichocheo kigumu cha aina yake chenye msingi wa chuma ambacho kinaweza kutoa HCOOH kinapounganishwa na kihisi mwangazaji kinachofaa. Pia unajadili umuhimu wa nyenzo sahihi za usaidizi (Al2O3) na athari yake kwenye mmenyuko wa kupunguza kemikali ya mwangaza.
Ufahamu kutoka kwa utafiti huu unaweza kusaidia kutengeneza vichocheo vipya visivyo na metali kwa ajili ya kupunguza kaboni dioksidi hadi kemikali zingine muhimu. "Utafiti wetu unaonyesha kwamba njia ya uchumi wa nishati ya kijani si ngumu. Hata mbinu rahisi za utayarishaji wa vichocheo zinaweza kutoa matokeo mazuri, na inajulikana kuwa misombo iliyojaa ardhini, ikiungwa mkono na misombo kama vile alumina, inaweza kutumika kama kichocheo teule cha kupunguza CO2," anahitimisha Prof. Maeda.
Marejeleo: “Alumina-Inayotumika Alpha-Iron (III) Oxyhydroxide kama Kichocheo Kilichoweza Kutumika tena kwa Uundaji wa Picha wa CO2 chini ya Mwanga Unaoonekana” na Daehyeon An, Dk. Shunta Nishioka, Dk. Shuhei Yasuda, Dkt. Tomoki Kanazawa, Dkt. Yoshinobu Kamakura, Prof. Yoshinobu Kamakura, Prof. Yonkoi Shuwaki Prof. Kazuhiko Maeda, 12 Mei 2022, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
"Hapo ndipo mafuta ya kimiminika kama petroli yana faida kubwa. Uzito wao mkubwa wa nishati unamaanisha masafa marefu na kujaza mafuta haraka."
Vipi kuhusu baadhi ya nambari? Je, msongamano wa nishati wa asidi ya fomi unalinganishwaje na petroli? Kwa atomi moja tu ya kaboni katika fomula ya kemikali, sina shaka kama ingekaribia hata petroli.
Zaidi ya hayo, harufu hiyo ni sumu sana na, kama asidi, ina ulikaji zaidi kuliko petroli. Haya si matatizo ya uhandisi yasiyoweza kutatuliwa, lakini isipokuwa asidi ya fomi inatoa faida kubwa katika kuongeza masafa na kupunguza muda wa kujaza betri, labda haifai juhudi hizo.
Kama wangepanga kutoa goethite kutoka kwenye udongo, ingekuwa shughuli ya uchimbaji inayotumia nishati nyingi na ambayo inaweza kuharibu mazingira.
Wanaweza kutaja goethite nyingi kwenye udongo kwani nadhani itahitaji nishati zaidi kupata malighafi muhimu na kuzifanya ziweze kutengeneza goethite.
Ni muhimu kuangalia mzunguko mzima wa maisha wa mchakato na kuhesabu gharama ya nishati ya kila kitu. NASA haikupata kitu kama uzinduzi wa bure. Wengine wanahitaji kukumbuka hili.
SciTechDaily: Nyumbani kwa habari bora za teknolojia tangu 1998. Endelea kupata habari mpya za teknolojia kupitia barua pepe au mitandao ya kijamii.
Kufikiria tu ladha za moshi na za kulevya za nyama ya ng'ombe inatosha kuwafanya watu wengi wate mate. Majira ya joto yamefika, na kwa wengi…