Jaza fomu iliyo hapa chini nasi tutakutumia barua pepe ya toleo la PDF la "Maboresho mapya ya teknolojia ya kubadilisha kaboni dioksidi kuwa mafuta ya kimiminika"
Dioksidi kaboni (CO2) ni matokeo ya kuchoma mafuta ya visukuku na gesi chafuzi inayotumika sana, ambayo inaweza kubadilishwa kuwa mafuta muhimu kwa njia endelevu. Njia moja ya kuahidi ya kubadilisha uzalishaji wa CO2 kuwa mafuta ni mchakato unaoitwa kupunguza kemikali. Lakini ili iweze kufaa kibiashara, mchakato unahitaji kuboreshwa ili kuchagua au kutoa bidhaa zenye kaboni nyingi zinazohitajika. Sasa, kama ilivyoripotiwa katika jarida la Nature Energy, Maabara ya Kitaifa ya Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) imeunda mbinu mpya ya kuboresha uso wa kichocheo cha shaba kinachotumika kwa mmenyuko msaidizi, na hivyo kuongeza uteuzi wa mchakato.
"Ingawa tunajua kwamba shaba ni kichocheo bora cha mmenyuko huu, haitoi uteuzi wa hali ya juu kwa bidhaa inayotakiwa," alisema Alexis, mwanasayansi mkuu katika Idara ya Sayansi ya Kemikali katika Berkeley Lab na profesa wa uhandisi wa kemikali katika Chuo Kikuu cha California, Berkeley. Spell alisema. "Timu yetu iligundua kuwa unaweza kutumia mazingira ya ndani ya kichocheo kufanya mbinu mbalimbali ili kutoa aina hii ya uteuzi."
Katika tafiti zilizopita, watafiti wameweka masharti sahihi ili kutoa mazingira bora ya umeme na kemikali kwa ajili ya kuunda bidhaa zenye kaboni nyingi zenye thamani ya kibiashara. Lakini masharti haya ni kinyume na masharti ambayo hutokea kiasili katika seli za kawaida za mafuta kwa kutumia vifaa vya upitishaji umeme vinavyotegemea maji.
Ili kubaini muundo unaoweza kutumika katika mazingira ya maji ya seli za mafuta, kama sehemu ya mradi wa Kituo cha Ubunifu wa Nishati cha Muungano wa Liquid Sunshine wa Wizara ya Nishati, Bell na timu yake waligeukia safu nyembamba ya ionoma, ambayo inaruhusu molekuli fulani zilizochajiwa (ioni) kupita. Ondoa ioni zingine. Kwa sababu ya sifa zao za kemikali zinazochaguliwa sana, zinafaa hasa kwa kuwa na athari kubwa kwenye mazingira madogo.
Chanyeon Kim, mtafiti wa baada ya udaktari katika kundi la Bell na mwandishi wa kwanza wa karatasi hiyo, alipendekeza kupaka uso wa vichocheo vya shaba ionoma mbili za kawaida, Nafion na Sustainability. Timu hiyo ilidhani kwamba kufanya hivyo kunapaswa kubadilisha mazingira karibu na kichocheo—ikiwa ni pamoja na pH na kiasi cha maji na dioksidi kaboni—kwa njia fulani ili kuelekeza mmenyuko ili kutoa bidhaa zenye kaboni nyingi ambazo zinaweza kubadilishwa kwa urahisi kuwa kemikali muhimu. Bidhaa na mafuta ya kioevu.
Watafiti walitumia safu nyembamba ya kila ionoma na safu mbili ya ionoma mbili kwenye filamu ya shaba inayoungwa mkono na nyenzo ya polima ili kuunda filamu, ambayo wangeweza kuiingiza karibu na mwisho mmoja wa seli ya elektrokemikali yenye umbo la mkono. Wakati wa kuingiza dioksidi kaboni kwenye betri na kutumia volteji, walipima jumla ya mkondo unaopita kwenye betri. Kisha walipima gesi na kioevu kilichokusanywa kwenye hifadhi iliyo karibu wakati wa mmenyuko. Kwa kesi ya safu mbili, waligundua kuwa bidhaa zenye kaboni nyingi zilichangia 80% ya nishati inayotumiwa na mmenyuko—juu ya 60% katika kesi isiyofunikwa.
"Mipako hii ya sandwichi hutoa ubora wa hali zote mbili: uteuzi mkubwa wa bidhaa na shughuli nyingi," Bell alisema. Uso wa tabaka mbili si mzuri tu kwa bidhaa zenye kaboni nyingi, lakini pia hutoa mkondo mkali kwa wakati mmoja, ikionyesha ongezeko la shughuli.
Watafiti walihitimisha kwamba mwitikio ulioboreshwa ulitokana na mkusanyiko mkubwa wa CO2 uliokusanywa kwenye mipako moja kwa moja juu ya shaba. Zaidi ya hayo, molekuli zenye chaji hasi zinazojikusanya katika eneo kati ya ionoma hizo mbili zitazalisha asidi ya chini ya eneo hilo. Mchanganyiko huu hufidia mabadiliko ya mkusanyiko ambayo huwa hutokea bila filamu za ionoma.
Ili kuboresha zaidi ufanisi wa mmenyuko, watafiti waligeukia teknolojia iliyothibitishwa hapo awali ambayo haihitaji filamu ya ionoma kama njia nyingine ya kuongeza CO2 na pH: volteji ya mapigo. Kwa kutumia volteji ya mapigo kwenye mipako ya ionoma yenye safu mbili, watafiti walipata ongezeko la 250% la bidhaa zenye kaboni nyingi ikilinganishwa na shaba isiyofunikwa na volteji tuli.
Ingawa baadhi ya watafiti huzingatia kazi yao katika ukuzaji wa vichocheo vipya, ugunduzi wa kichocheo hauzingatii hali ya uendeshaji. Kudhibiti mazingira kwenye uso wa kichocheo ni njia mpya na tofauti.
"Hatukupata kichocheo kipya kabisa, lakini tulitumia uelewa wetu wa kinetiki za mmenyuko na kutumia maarifa haya kutuongoza katika kufikiria jinsi ya kubadilisha mazingira ya eneo la kichocheo," alisema Adam Weber, mhandisi mkuu. Wanasayansi katika uwanja wa teknolojia ya nishati katika Maabara ya Berkeley na mwandishi mwenza wa karatasi.
Hatua inayofuata ni kupanua uzalishaji wa vichocheo vilivyofunikwa. Majaribio ya awali ya timu ya Berkeley Lab yalihusisha mifumo midogo ya modeli tambarare, ambayo ilikuwa rahisi zaidi kuliko miundo mikubwa yenye vinyweleo vinavyohitajika kwa matumizi ya kibiashara. "Si vigumu kupaka mipako kwenye uso tambarare. Lakini mbinu za kibiashara zinaweza kuhusisha kupaka mipira midogo ya shaba," Bell alisema. Kuongeza safu ya pili ya mipako kunakuwa changamoto. Uwezekano mmoja ni kuchanganya na kuweka mipako hiyo miwili pamoja kwenye kiyeyusho, na kutumaini kwamba itatengana wakati kiyeyusho kitayeyuka. Vipi kama hakifanyi hivyo? Bell alihitimisha: "Tunahitaji tu kuwa nadhifu zaidi." Rejelea Kim C, Bui JC, Luo X na wengine. Mazingira madogo ya kichocheo yaliyobinafsishwa kwa ajili ya kupunguza CO2 kwa bidhaa za kaboni nyingi kwa kutumia mipako ya ionoma yenye safu mbili kwenye shaba. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Makala haya yametolewa kutoka kwa nyenzo zifuatazo. Kumbuka: Nyenzo zinaweza kuwa zimehaririwa kwa urefu na maudhui. Kwa maelezo zaidi, tafadhali wasiliana na chanzo kilichotajwa.
Muda wa chapisho: Novemba-22-2021
