ابتکار دانشمندان ژاپنی برای تبدیل دی‌اکسید کربن به سوخت سبز

به نقل از اوراسیا ریویو، سلول الکتروشیمیایی جدید دانشگاه متروپولیتن توکیو که با یک لایه غشای متخلخل در میان الکترودها ساخته شده است، بر مشکلات بزرگی که در جذب کربن وجود دارد غلبه می‌کند و عملکردهایی را در مقایسه با روش‌های تغذیه گاز تشنه انرژی به دست می‌آورد. فرآیندهایی مانند فرآیند ارائه‌شده توسط این گروه پژوهشی، برای تحقق انتشار صفر گازهای گلخانه‌ای کلیدی هستند.

فناوری جذب کربن بخش بزرگی از راهبرد جهانی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و مبارزه با تغییرات آب‌وهوایی به شمار می‌رود اما پرسش مهم این است که باید با دی‌اکسید کربن جذب‌شده چه کنیم. این هنوز یک چالش بی‌پاسخ است. آیا به سادگی می‌توانیم دی‌اکسید کربن را به زیر زمین انتقال دهیم یا راه حل بهتری وجود دارد؟ دانشمندان مطمئنا همین طور فکر می‌کنند. آنها با استفاده از کاتالیزورهای پیشرفته و فرآیندهای شیمیایی سعی دارند تا محصول به‌دست‌آمده را به یک محصول سودمندتر برای جامعه تبدیل کنند.

یکی از کاربردهای جذاب این تلاش، تبدیل دی‌اکسید کربن به یک سوخت سازگار با محیط زیست است. فناوری برای استفاده از سلول‌های الکتروشیمیایی به منظور کاهش دی‌اکسید کربن و ارائه یک ترکیب فرمات توسعه یافته است که از خود آن می‌توان در سلول‌های سوختی فرمات برای تولید نیرو استفاده کرد.

با وجود این، یک مانع مهم وجود دارد که نیاز به دی‌اکسید کربن خالص است. تحت فشار قرار دادن دی‌اکسید کربن می‌تواند بسیار انرژی‌بر باشد. گاز به صورت خیلی کارآمد تبدیل نمی‌شود و سلول‌ها عمر زیادی ندارند. چالش کلیدی پیش روی پژوهشگران در این پروژه، طراحی یک سلول الکتروشیمیایی بهتر است که بتواند به طور انتخابی یون‌های فرمات را از یون‌های بی‌کربنات بدون از دست دادن واکنش‌های جانبی مانند تولید هیدروژن ارائه دهد.

این گروه پژوهشی به سرپرستی پروفسور «فومیاکی آمانو»(Fumiaki Amano) استاد دانشگاه متروپولیتن توکیو، سلول جدیدی را با گزینش‌پذیری عالی برای تبدیل یون‌های بی‌کربنات به یون‌های فرمات ابداع کرده‌اند.

در سلول جدید، الکترودهای ساخته‌شده از مواد کاتالیزور با یک غشای متخلخل ساخته‌شده از سلولز استر از یک غشای الکترولیت پلیمری جدا می‌شوند. یون‌های هیدروژن تولیدشده در یک الکترود از غشای الکترولیت عبور می‌کنند و به لایه متخلخل می‌رسند، در آنجا با یون‌های بی‌کربنات واکنش نشان می‌دهند تا به طور موثر دی‌اکسید کربن را در منافذ تولید کنند. سپس، گاز در یک الکترود دیگر و همچنین در تماس با غشای متخلخل به یون‌های فرمات تبدیل می‌شود.

هنگامی که پژوهشگران سلول خود را به کار انداختند، دریافتند که راندمان فارادی سلول آنها -نسبت الکترون‌هایی که به جای سایر ترکیبات به فرمات تبدیل می‌شوند- حتی با جریان‌های بسیار زیاد، ۸۵ درصد است. عملکرد این سلول نه تنها از طرح‌های موجود بهتر بود، بلکه مشخص شد که بیش از ۳۰ ساعت به آرامی کار می‌کند و تبدیل بی‌کربنات به فرمت را تقریبا کامل انجام می‌دهد. هنگامی که آب خارج می‌شود، تنها چیزی که باقی می‌ماند، سوخت جامد و کریستالی فرمات است.

با توجه به افزایش تقاضا درباره فناوری‌های مورد نیاز برای مقابله با تغییرات آب‌وهوایی، پیشرفت‌هایی مانند این نمونه در عملکرد کارآمد سلول‌های الکتروشیمیایی تأثیر زیادی خواهند داشت. این گروه پژوهشی امیدوار هستند که الکترولیز بی‌کربنات جدید آنها بتواند گزینه مناسبی برای جامعه باشد زیرا در تلاش برای ایجاد تحول سبز است.