Энергетика, природные ресурсы, инженерные системы

Информационный портал ТЕПЛОКАРТА
  • Главная
    • Главная

      • Твердотопливные котлы и печи, камины
      • Системы отопления и охлаждения
      • Альтернативная энергия
      • Водоснабжение и водоотведение
      • Вентиляция и кондиционирование
      • Оборудование и материалы
      • Энергоэффективность и энергосбережение
      • Природные ресурсы, экология и строительство
      • Ядерная энергетика
      • Новости, обзоры, события
      • Исследования
  • Указатель терминов
  • Облако тегов
  • О портале
    • О портале

      • Разместить статью
В усовершенствованном электролизере реакция происходит в тонком слое с катализатором на основе меди и Нафионом - ионопроводящим полимером. Уникальное расположение этих материалов увеличивает скорость реакции в 10 раз, чем в предыдущих разработках. (Фото: Дарья Перевезенцева)
В усовершенствованном электролизере реакция происходит в тонком слое с катализатором на основе меди и Нафионом - ионопроводящим полимером. Уникальное расположение этих материалов увеличивает скорость реакции в 10 раз, чем в предыдущих разработках. (Фото: Дарья Перевезенцева)

«Обратный топливный элемент» для производства веществ

Природные ресурсы, экология и строительство

Опубликовано: 11.02.2020

Обновлено: 04.11.2020

 1274

Возможность производства топлива, строительных материалов и других продуктов с нейтральным уровнем выбросов углерода является важным шагом на пути к снижению зависимости от ископаемого топлива

Топливные элементы превращают химические вещества в электричество. Однако, инженеры из Университета Торонто сделали обратное: использовали электричество для производства ценных химических элементов из двуокиси углерода (CO₂).

«В течение десятилетий талантливые исследователи разрабатывали системы, которые превращают электричество в водород и обратно». «Основываясь на этом наследии и молекулах на основе углерода, можно более эффективно использовать существующую углеводородную инфраструктуру».

Исследование [1] опубликовано в журнале Science.

В водородном топливном элементе водород и кислород соединяются на поверхности катализатора. Химическая реакция высвобождает электроны, которые улавливаются специальными материалами внутри топливного элемента и направляются в электрическую сеть.

Противоположностью топливного элемента является электролизер, который использует электричество для запуска химической реакции. Авторы исследования являются экспертами в области электролизеров, которые превращают CO₂ в другие молекулы на основе углерода, такие как этилен.

«Производство этилена в мире распространено очень широко. Он используется для изготовления всего, от антифриза до парковой мебели. Сегодня его получают из ископаемого топлива».

Современные электролизеры еще не производят этилен в достаточно больших масштабах, чтобы конкурировать с ископаемым топливом. Часть проблемы заключается в уникальной природе химической реакции, которая превращает CO₂ в этилен и другие молекулы на основе углерода.

«Реакция требует трех вещей: CO₂, который представляет собой газ, ионы водорода, которые поступают из жидкой воды, и электроны, которые проходят через металлический катализатор». «Быстрое объединение этих трех различных компонентов, особенно CO₂, является сложной задачей, и это ограничивает скорость реакции».

Для преодоления трудностей, связанных с объединением реагентов, в своей новой конструкции электролизера инженеры использовали уникальное сочетание материалов. Электроны доставляются с использованием катализатора на основе меди, разработанного учеными ранее. Но, вместо плоского металлического листа, катализатор в новом электролизере имеет форму мелких частиц, встроенных в слой материала, известного как "Нафион".

Нафион - это иономер - полимер, способный проводить заряженные частицы - ионы. Сегодня этот материал обычно используют в топливных элементах, где его роль заключается в транспортировке положительно заряженных ионов водорода (H⁺) внутри реактора.

«Экспериментально было обнаружено, что определенное расположение Нафиона может облегчить транспортировку таких газов, как CO₂». «Представленная конструкция позволяет газовым реагентам распределенным образом достигать поверхности катализатора достаточно быстро, чтобы значительно увеличить скорость реакции».

Поскольку реакция больше не ограничивается тем, как быстро все три реагента могут объединиться, исследователи смогли превратить CO₂ в этилен и другие продукты в 10 раз быстрее, чем раньше. Они достигли этого, не снижая общую эффективность реактора, то есть при тех же капитальных затратах.

Несмотря на успехи, устройство пока еще далеко от коммерческой жизнеспособности. Одна из основных оставшихся проблем связана со стабильностью катализатора при более высоких плотностях тока.

«Можно эксплуатировать систему только около десяти часов, прежде чем слой катализатора разрушится». «Это все еще далеко от поставленной цели в тысячу часов, которая потребуются для промышленного применения».

«Этилен был выбран в качестве примера, но эти принципы могут быть применены к синтезу и других ценных химических веществ, включая этанол». «В дополнение ко многим промышленным применениям этанол также широко используется в качестве топлива».

Возможность производства топлива, строительных материалов и других продуктов с нейтральным уровнем выбросов углерода является важным шагом на пути к снижению зависимости от ископаемого топлива.

«Даже если перестать использовать нефть для производства энергии, все эти молекулы все равно останутся нужны». «Если станет возможным производить их с использованием отработанного CO₂ и возобновляемых источников энергии, можно будет оказать существенное влияние на обезуглероживание мировой экономики».

 

Ссылки:

1. https://doi.org/10.1126/science.aay4217

 

Источник: University of Toronto Engineering

0.00%
0 0
 Теги:

Публикации на похожую тему:

Фото: Это только второй день отопительного сезона, который начинается в начале октября, а город Цэцэрлэг уже окутан густым дымом. F. Samrock / ETH Zürich

Поиск залежей геотермальной энергии в недрах Монголии

Обновлено: 19.04.2020
 1090
Линан Чжоу из лаборатории нанофотоники при Университете Райса разработал меднорутеневый фотокатализатор для получения синтез-газа с помощью низкоэнергетического низкотемпературного процесса сухого риформинга. (Источник: Jeff Fitlow/Rice University)

Экологичный фотокатализатор для получения синтез-газа

Обновлено: 04.07.2020
 1324
Биоуголь (биочар). Предоставлено: Milaspage / Getty Images

Биоуголь (биочар) снижает расходы на полив растений на 50%

Обновлено: 22.11.2020
 742

Комментарии ()

    Написать комментарий

    Недавние публикации

    Фото: BBQ Gourmet

    Инфракрасные горелки в газовых грилях: типы, преимущества, уход

    Обновлено: 15.02.2023  473
    Звуковые эффекты в зданиях напрямую зависят от материалов, из которых сделаны потолки, стены, двери и другие ограждающие конструкции. Фото: Rockfon

    Звукопоглощение, звукоизоляция и фоновый шум в зданиях

    Обновлено: 26.07.2022  781
    Тепло выделяется из оксида марганца, когда молекулы воды поглощаются слоистой структурой. Ⓒ Norihiko L. Okamoto

    Вода усиливает способность материала поглощать и отдавать тепло

    Обновлено: 21.04.2022  750

    Популярные категории

    • Системы отопления и охлаждения55
    • Ядерная энергетика6
    • Энергоэффективность и энергосбережение44
    • Природные ресурсы, экология и строительство91
    • Твердотопливные котлы и печи, камины34

    Разместить статью

    Портал TEPLOKARTA.RU доступен в Google Play

    Ссылки:

    • Контакты
    • Разместить статью
    • Конфиденциальность
    VK Telegram

    © 2023 Россия. Копировать без ссылки запрещено.  TEPLOKARTA.RU

    Отправить сообщение об ошибке?

    Ошибка:
    Выделите опечатку и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отправить сообщение об ошибке.