Tehokkaampaa sähköpolttoaineiden tuotantoa

Rice Universityyn rakennettu sähkökatalyysireaktori kierrättää hiilidioksidia tuottamaan puhtaita nestemäisiä polttoaineita sähkön avulla. Tutkijat toivovat, että siitä tulee tehokas ja kannattava tapa kasvihuonekaasun uudelleenkäyttöön ja sen pitämiseen ilmakehän ulkopuolella.

Tavallinen kasvihuonekaasu voitaisiin käyttää uudelleen tehokkaasti ja ympäristöystävällisesti elektrolysaattorin avulla, joka käyttää uusiutuvaa sähköä puhtaan nestemäisen polttoaineen tuottamiseksi.

Rice Universityn laboratorion Haotian Wangin kehittämä katalyyttinen reaktori käyttää raaka-aineenaan hiilidioksidia ja tuottaa viimeisimmässä prototyypissä erittäin puhdasta ja korkeapitoista muurahaishappoa.

Perinteisten hiilidioksidilaitteiden tuottama muurahaishappo vaatii kalliita ja energiaintensiivisiä puhdistusvaiheita, Wang toteaa. Puhtaan muurahaishappoliuoksen suora tuotanto auttaa edistämään kaupallista hiilidioksidin muunnostekniikkaa.

Wang ja hänen ryhmänsä tavoittelee tekniikoita, jotka tekevät kasvihuonekaasuista hyödyllisiä tuotteita. Kokeissa uuden sähkökatalysaattorin energianmuutostehokkuus oli noin 42%.

Muurahaishappo on energian kantaja ja siten myös muiden kemikaalien raaka-aine ja vedyn varastointimateriaali. Se pystyy kantamaan energiaa lähes tuhat kertaa kuin saman tilavuusmäärän vetykaasu, jota on vaikea puristaa, toteavat tutkijat.

Edistys saatiin aikaan vankalla kaksiulotteisella vismuttikatalyytillä ja kiinteällä elektrolyytillä, joka eliminoi suolan tarpeen reaktion osana.

Myös Arizona State Universityn tutkijat etsivät tekniikoita, jotka voisivat tasoittaa tietä puhtaalle, kestävälle energialle.

Uudessa tutkimuksessa he kuvaavat tekniikoita, jotka yhdistävät valoa keräävät puolijohteet ja katalyyttiset materiaalit, jotka kykenevät kemiallisiin reaktioihin ja tuottavat puhdasta polttoainetta. Vedyn ja pelkistettyjen hiilimuotojen tuottaminen näillä tekniikoilla voisi jonain päivänä korvata fossiilisten polttoaineiden lähteet monille pelkistetyn hiilen hyödykkeille, kuten polttoaineet, muovit ja rakennusmateriaalit.

Tutkijat ovat kehittäneet kineettisen mallin, jota voidaan käyttää teknolaitteissa, joissa yhdistyvät valoa keräävät puolijohteet ja katalyyttiset materiaalit polttoaineen muodostukseen. Järjestelmän dynamiikkaa mallinnettaessa ryhmä teki yllättävän löydön. "Tässä nimenomaisessa järjestelmässä meitä ei rajoita se, kuinka nopeasti katalyytti voi ajaa kemiallisen reaktion", kertoo professori Gary Moore. "Meitä rajoittaa kyky toimittaa elektroneja katalysaattoriin ja aktivoida se. Se liittyy pintaan iskevän valon intensiteettiin. Tutkijakollegat ovat kokeiluissaan osoittaneet, että valon intensiteetin lisääminen kasvattaa polttoaineen muodostumisen nopeutta."

Löydöllä on vaikutusta tällaisten laitteiden tulevaisuuden suunnitteluun silmällä pitäen niiden tehokkuuden maksimointia. "Pelkkä katalysaattorin lisääminen hybridimateriaalin pintaan ei johda suurempaan polttoaineen tuotantosuhteeseen.

Meidän on harkittava taustalla olevan puolijohteen valoa absorboivia ominaisuuksia, mikä puolestaan pakottaa meidät ajattelemaan enemmän katalyytin valintaa ja miten katalyytti on rajapinta valoa absorboivan komponentin kanssa."

Tutkimustulokset tuovat esiin strategioita hybriditekniikoiden tehokkuuden ja suorituskyvyn parantamiseksi, tuomalla ne askeleen lähemmäksi kaupallista kannattavuutta.

Aiheista aiemmin:

Hiilidioksidipäästöt vedyksi ja sähköksi

Hiilidioksidia hotkiva akku

Saastunut ilma voi tuottaa sähköä

Keinotekoinen fotosynteesi