Википедија

Диоксид Матириалс

Диоксид Матириалс (Dioxide Materials) — претпријатие кое било основано во 2009 година во Шампејн, Илиноис, а денес е со седиште во Бока Ратон, Флорида. Неговата главна дејност е да развие технологија која ќе го намали јаглеродниот отпечаток во светот. Dioxide Materials развива технологија за претворање на јаглерод диоксид, вода и обновливи извори на енергија во јаглерод-неутрален бензин или гориво за авиони. Процесот вклучува рециклирање на CO2,[1] одржливо производство на горива[1] и намалувањето на обновливата енергија[2][3] (т.е. обновлива енергија што не може да се користи).[2]

Технологија на електролизатор на јаглерод диоксид

уреди

Електролизаторите на јаглерод диоксид се главен дел од бизнисот на Диоксид Матириалс.[4] Работата започнала како одговор на предизвикот на Министерството за енергетика да се најдат подобри катализатори за електрохемиско намалување на јаглерод диоксидот.[5] Во тоа време, прекумерниот потенцијал (т.е. потрошениот напон) бил превисок, а стапката прениска за практични апликации.[5][6] Работниците во компанијата теоретизирале дека бифункционалниот катализатор кој се состои од метал и јонска течност може да го намали прекумерниот потенцијал за електрохемиско редуцирање на јаглерод диоксид. Навистина, било откриено дека комбинацијата од два катализатори, раствор од сребрени наночестички и јонска течност кој содржи еднакви волумени на 1-етил-3-метилимидазолиум тетрафлуороборат (EMIM-BF4) и вода, го намалува преголемиот потенцијал за конверзија на CO2 во јаглерод моноксид (CO) од околу 1 волт до само 0,17 волти. [7] Работниците од други лаборатории последователно ги репродуцирале наодите на многу метали и со неколку јонски течности.[8] Диоксид Матириалс покажале дека слично подобрување се јавува при електролиза на алкална вода[9][10] и хидрокарбоксилација на ацетилен[11](„ Репе хемија “).

Во овој момент, сè уште има прашање за тоа како имидазолиумот може да го намали преголемиот потенцијал за електрохемиско намалување на јаглерод диоксидот. Првиот чекор во електролизата на CO2 е додавање на електрон во CO2 или молекуларен комплекс кој содржи CO2. Добиениот вид е означен како „CO2¯“ на сликата лево. Потребен е најмалку електрон-волт енергија по молекула за да се формира видот во отсуство на јонска течност.[12] Тој електрон-волт енергија во голема мера се троши за време на реакцијата. Розен[7] претпоставува дека нов комплекс се формира во присуство на јонската течност, така што 1 eV енергија не се троши. Комплексот овозможува реакцијата да ја следи зелената патека на сликата од десната страна. Неодамнешната работа сугерира дека новиот комплекс е цвитерион.[13] Други можни патеки (т.е. не-цвитериони) се дискутирани во Кит и сор.[14] Розен и сор. [15] Вердагер-Касадевал и сор. [16] и Ши и сор.[17]

Мембрани за одржување

уреди

За жал, било откриено дека јонските течности се премногу корозивни за да се користат во практични електролизери на јаглерод диоксид. Јонските течности се силни растворувачи. Тие ги раствораат/кородираат заптивките, јаглеродните електроди и другите делови во комерцијалните електролизери. Како резултат на тоа, било тешко да се користат во пракса.

Со цел да се избегне корозија, Диоксид Матириалс се префрлиле од јонски течни катализатори на каталитички полимери за размена на анјони.[18][19] Биле тестирани голем број полимери и стиренскиот полимер функционализиран со имидазолиум прикажан на сликата од десната страна покажал најдобри перформанси.[18][20] Мембраните го добиле трговското име Сустејнион (Sustainion). Употребата на мембраните Сустејнион ја зголемило струјата и животниот век на електролизаторот CO2 во комерцијално корисниот опсег.[21][22][23][24][25] Одржливите мембрани покажале спроводливост над 100 mS/cm под алкални услови на 60°C,[10] стабилност за илјадници часа во 1M KOH,[10] и нудат физичка механичка стабилност што е корисна за многу различни апликации. Мембраните покажале животен век над 3000 часа во електролизатори на CO2 при висока густина на струја.[26][10] Поновите истражувања забележале дека клеточната мембрана која има оптимизирана катода има способност да работи до 158 дена на 200 mA/cm 2.[27]

Наводи

уреди
  1. ↑ 1,0 1,1 ARPA-E Brief: Converting CO2 Into Fuels and Chemicals  
  2. ↑ 2,0 2,1 Lori Bird, Jaquelin Cochran, and Xi Wang, Wind and Solar Energy Curtailment: Experience and Practices in the United States, NREL Report NREL/TP-6A20-60983, March 2014  
  3. ↑ ARPA-E Brief: High Efficiency Hydrogen Production  
  4. ↑ Dioxide Materials website
  5. ↑ 5,0 5,1 A. Bell et al. Basic research needs catalysts for energy, DOE PNNL-17214  
  6. ↑ Halmann and Steinberg, "Greenhouse Gas Carbon Dioxide Mitigation," Lewis Publishers, 1999. ISBN 1-56670-284-4
  7. ↑ 7,0 7,1 Brian A. Rosen, Amin Salehi-Khojin, Michael R. Thorson, W. Zhu, Devin T. Whipple, Paul J. A. Kenis, Richard I Masel *, Ionic Liquid-Mediated Selective Conversion of CO2 to CO at Low Overpotentials, Science Vol. 334 no. 6056 pp. 643-644 (2011) doi:10.1126/science.1209786. Грешка во наводот: Неважечка ознака <ref>; називот „rosen“ е зададен повеќепати со различна содржина.
  8. ↑ Citations for Ionic Liquid-Mediated Selective Conversion of CO2 to CO at Low Overpotentials  
  9. ↑ R. I. Masel, Z. Liu, and S. D. Sajjad Anion Exchange Membrane Electrolyzers Showing 1 A/cm2 at Less Than 2 V, ECS Transactions, 75 (14) 1143-1146 (2016) doi:10.1149/07514.1143ecst
  10. ↑ 10,0 10,1 10,2 10,3 Zengcai Liu, Syed Dawar Sajjad, Yan Gao, HongzhouYang. Jerry J.Kaczur. Richard I.Masel, The effect of membrane on an alkaline water electrolyzer, International Journal of Hydrogen Energy 42(50), 29661-29665 (2017) doi:10.1016/j.ijhydene.2017.10.050 Грешка во наводот: Неважечка ознака <ref>; називот „AW“ е зададен повеќепати со различна содржина.
  11. ↑ Richard I. Masel, Zheng Richard Ni, Qingmei CHEN, Brian A. Rosen, Process for the sustainable production of acrylic acid, US Patent 9790161
  12. ↑ Chemistry Views (Elsevier) Converting CO2 with Less Energy  
  13. ↑ Mark Pellerite, Marina Kaplun, Claire Hartmann-Thompson, Krzysztof A. Lewinski, Nancy Kunz, Travis Gregar, John Baetzold, Dale Lutz, Matthew Quast, Zengcai Liu, Hongzhou Yang, Syed D. Sajjad, Yan Gao, and Rich Masel Imidazolium-Functionalized Polymer Membranes for Fuel Cells and Electrolyzers, ECS Trans. 2017 80(8): 945-956; doi:10.1149/08008.0945ecst
  14. ↑ John A. Keith and Emily A. Carter, Theoretical Insights into Electrochemical CO2 Reduction Mechanisms Catalyzed by Surface-Bound Nitrogen Heterocycles, J. Phys. Chem. Lett., 2013, 4 (23), pp 4058–4063 doi:10.1021/jz4021519
  15. ↑ Jonathan Rosen, Gregory S. Hutchings, Qi Lu, Sean Rivera, Yang Zhou, Dionisios G. Vlachos, and Feng Jiao, Mechanistic Insights into the Electrochemical Reduction of CO2 to CO on Nanostructured Ag Surfaces, ACS Catal., 2015, 5 (7), pp 4293–4299 doi:10.1021/acscatal.5b00840
  16. ↑ Arnau Verdaguer-Casadevall, Christina W. Li‡, Tobias P. Johansson, Soren B. Scott, Joseph T. McKeown, Mukul Kumar, Ifan E. L. Stephens, Matthew W. Kanan*, and Ib Chorkendorff* Probing the Active Surface Sites for CO Reduction on Oxide-Derived Copper Electrocatalysts, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137 (31), pp 9808–9811 doi:10.1021/jacs.5b06227
  17. ↑ Chuan Shi, Heine A. Hansen, Adam C. Lauscheb, and Jens K. Nørskov, Trends in electrochemical CO2 reduction activity for open and close-packed metal surfaces, Phys. Chem. Chem. Phys., 2014,16, 4720-4727 doi:10.1039/C3CP54822H
  18. ↑ 18,0 18,1 R. I. Masel, Qingmei Chen, Zengcai liu, Robert Kutz, Ion Conducting Polymers, US patent 9580824  
  19. ↑ Richard I. Masel, Amin Salehi-Khojin, Robert Kutz, Electrocatalytic process for carbon dioxide conversion, US Patent 981501  
  20. ↑ Robert Brian Kutz, Qingmei Chen, Hongzhou Yang, Syed Dawar Sajjad, Zengcai Liu, Richard Masel, Sustainion Imidazolium-functionalized Polymers for Carbon Dioxide Electrolysis, Energy Technology 5, (6) 929-936 (2017) doi:10.1002/ente.201600636
  21. ↑ R.F. Service, Two new ways to turn ‘garbage’ carbon dioxide into fuel Science, Sept 1, 2017  
  22. ↑ Steven K Ritter, CO2 Electrolyzer Nears Commercialization, C&E News, Volume 93 Issue 13 | p. 30 . March 30, 2015 
  23. ↑ Mark Harris, The entrepreneurs turning carbon dioxide into fuels, The Guardian, 14 Sept 2017  
  24. ↑ SAVVY: Turning Carbon Dioxide into products New Straitus Times, Dec 3, 2017.  
  25. ↑ Michael Foertsch, These methods turn CO2 into cheap energy, Wired, Sept 24, 2017 
  26. ↑ Syed D. Sajjad, Yan Gao, Zengcai Liu, Hongzhou Yang and Rich Masel Tunable-High Performance Sustainion™ Anion Exchange Membranes for Electrochemical Applications ECS Transactions, 77(11): 1653-1656 (2017) doi:10.1149/07711.1653ecst
  27. ↑ Zengcai Liu et al 2018 J. Electrochem. Soc. 165 J3371 DOI 10.1149/2.0501815jes
Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=Диоксид_Матириалс&oldid=5284151“