Makala haya yamepitiwa kwa mujibu wa taratibu na sera za uhariri za Science X. Wahariri wamesisitiza sifa zifuatazo huku wakihakikisha uadilifu wa maudhui:
Dioksidi kaboni (CO2) ni rasilimali muhimu kwa maisha Duniani na gesi chafu inayochangia ongezeko la joto duniani. Leo, wanasayansi wanasoma dioksidi kaboni kama rasilimali inayoahidi kwa ajili ya uzalishaji wa mafuta yanayoweza kutumika tena, yenye kaboni kidogo na bidhaa za kemikali zenye thamani kubwa.
Changamoto kwa watafiti ni kutambua njia bora na za gharama nafuu za kubadilisha kaboni dioksidi kuwa viambatanishi vya kaboni vya ubora wa juu kama vile kaboni monoksidi, methanoli au asidi fomi.
Timu ya utafiti inayoongozwa na KK Neuerlin wa Maabara ya Kitaifa ya Nishati Mbadala (NREL) na washirika katika Maabara ya Kitaifa ya Argonne na Maabara ya Kitaifa ya Oak Ridge imepata suluhisho la kuahidi kwa tatizo hili. Timu hiyo ilibuni mbinu ya ubadilishaji ili kutoa asidi fomi kutoka kwa kaboni dioksidi kwa kutumia umeme mbadala wenye ufanisi mkubwa wa nishati na uimara.
Utafiti huo, uliopewa jina la "Usanifu wa mkusanyiko wa elektrodi za utando unaoweza kupanuka kwa ajili ya ubadilishaji mzuri wa elektrokemikali wa kaboni dioksidi kuwa asidi ya fomi," ulichapishwa katika jarida la Nature Communications.
Asidi ya fomi ni kiungo kinachoweza kutumika katika kemikali chenye matumizi mbalimbali, hasa kama malighafi katika tasnia ya kemikali au kibiolojia. Asidi ya fomi pia imetambuliwa kama chanzo cha uboreshaji wa kibiolojia katika mafuta safi ya anga.
Usafishaji wa CO2 husababisha kupungua kwa CO2 hadi kemikali za kati kama vile asidi ya fomi au molekuli kama vile ethilini wakati uwezo wa umeme unatumika kwenye seli ya elektroliti.
Mkusanyiko wa utando-elektrodi (MEA) katika kielektroliza kwa kawaida huwa na utando unaoendesha ioni (utando wa kubadilishana kasheni au anioni) uliowekwa kati ya elektrodi mbili zinazojumuisha kichocheo-elektrodi na polima inayoendesha ioni.
Kwa kutumia utaalamu wa timu katika teknolojia za seli za mafuta na elektrolisisi ya hidrojeni, walisoma usanidi kadhaa wa MEA katika seli za elektrolitiki ili kulinganisha upunguzaji wa elektrokemikali wa CO2 na asidi ya fomi.
Kulingana na uchanganuzi wa hitilafu za miundo mbalimbali, timu ilitafuta kutumia mapungufu ya seti za nyenzo zilizopo, hasa ukosefu wa kukataliwa kwa ioni katika utando wa kubadilishana anioni wa sasa, na kurahisisha muundo wa jumla wa mfumo.
Uvumbuzi uliofanywa na KS Neierlin na Leiming Hu wa NREL ulikuwa elektroliza ya MEA iliyoboreshwa kwa kutumia utando mpya wa kubadilishana kasheni uliotoboka. Utando huu uliotoboka hutoa uzalishaji thabiti na wa kuchagua sana wa asidi fomi na hurahisisha muundo kwa kutumia vipengele visivyo vya kawaida.
"Matokeo ya utafiti huu yanawakilisha mabadiliko ya dhana katika uzalishaji wa kielektroniki wa asidi kikaboni kama vile asidi fomi," alisema mwandishi mwenza Neierlin. "Muundo wa utando uliotoboka hupunguza ugumu wa miundo ya awali na pia unaweza kutumika kuboresha ufanisi wa nishati na uimara wa vifaa vingine vya ubadilishaji wa kaboni dioksidi kaboni kwa kielektroniki."
Kama ilivyo kwa mafanikio yoyote ya kisayansi, ni muhimu kuelewa vipengele vya gharama na uwezekano wa kiuchumi. Wakifanya kazi katika idara mbalimbali, watafiti wa NREL Zhe Huang na Tao Ling waliwasilisha uchanganuzi wa teknolojia na uchumi unaotambua njia za kufikia usawa wa gharama na michakato ya leo ya uzalishaji wa asidi ya fomi ya viwandani wakati gharama ya umeme mbadala iko au chini ya senti 2.3 kwa kilowati-saa.
"Timu ilifanikisha matokeo haya kwa kutumia vichocheo vinavyopatikana kibiashara na vifaa vya utando wa polima, huku ikiunda muundo wa MEA unaotumia fursa ya kupanuka kwa seli za kisasa za mafuta na mitambo ya elektrolisisi ya hidrojeni," Neierlin alisema.
"Matokeo ya utafiti huu yanaweza kusaidia kubadilisha kaboni dioksidi kuwa mafuta na kemikali kwa kutumia umeme mbadala na hidrojeni, na kuharakisha mpito hadi kupanuka na biashara."
Teknolojia za ubadilishaji wa kielektroniki ni kipengele muhimu cha mpango wa NREL wa Elektroni hadi Molekuli, ambao unalenga hidrojeni mbadala ya kizazi kijacho, mafuta yasiyo na mafuta, kemikali na vifaa kwa ajili ya michakato inayoendeshwa na umeme.
"Programu yetu inachunguza njia za kutumia umeme mbadala ili kubadilisha molekuli kama vile kaboni dioksidi na maji kuwa misombo ambayo inaweza kutumika kama vyanzo vya nishati," alisema Randy Cortright, mkurugenzi wa mkakati wa uhamishaji wa elektroni na/au watangulizi wa NREL kwa ajili ya uzalishaji wa mafuta.
"Utafiti huu wa ubadilishaji wa kielektroniki hutoa mafanikio ambayo yanaweza kutumika katika michakato mbalimbali ya ubadilishaji wa kielektroniki, na tunatarajia matokeo yenye matumaini zaidi kutoka kwa kundi hili."
Taarifa zaidi: Leiming Hu et al., Usanifu wa mkusanyiko wa elektrodi za utando unaoweza kupanuliwa kwa ajili ya ubadilishaji mzuri wa elektrokemikali wa CO2 kuwa asidi ya fomi, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Ukikutana na kosa la kuandika, kutokuwa sahihi, au ungependa kuwasilisha ombi la kuhariri maudhui kwenye ukurasa huu, tafadhali tumia fomu hii. Kwa maswali ya jumla, tafadhali tumia fomu yetu ya mawasiliano. Kwa maoni ya jumla, tumia sehemu ya maoni ya umma iliyo hapa chini (fuata maagizo).
Maoni yako ni muhimu sana kwetu. Hata hivyo, kutokana na wingi wa ujumbe, hatuwezi kuhakikisha jibu linalokufaa.
Anwani yako ya barua pepe inatumika tu kuwaambia wapokeaji waliotuma barua pepe. Anwani yako wala anwani ya mpokeaji haitatumika kwa madhumuni mengine yoyote. Taarifa utakayoingiza itaonekana kwenye barua pepe yako na haitahifadhiwa na Tech Xplore kwa namna yoyote.
Tovuti hii hutumia vidakuzi kurahisisha urambazaji, kuchambua matumizi yako ya huduma zetu, kukusanya data ya ubinafsishaji wa matangazo, na kutoa maudhui kutoka kwa wahusika wengine. Kwa kutumia tovuti yetu, unakubali kwamba umesoma na kuelewa Sera yetu ya Faragha na Masharti ya Matumizi.