تبدیل دی‌اکسید کربن به سوخت در چند دقیقه

تبدیل CO₂ به مونوکسید کربن (CO) یکی از موضوعات داغ در مبارزه با تغییرات اقلیمی است. اما تاکنون، فناوری‌های موجود با مشکلاتی مانند هزینه بالا، ناپایداری مواد، انتخاب‌پذیری محدود و زمان طولانی آماده‌سازی مواجه بودند. لیو تنگیی، محقق ارشد در مؤسسه پژوهش‌های پیشرفته مواد (WPI-AIMR) دانشگاه توهوکو، توضیح داد: «مواد موجود گران بودند، ناپایدار عمل می‌کردند و زمان زیادی برای تهیه آنها لازم بود. این ویژگی‌ها باعث می‌شد که استفاده از آنها در محیط صنعتی غیرعملی باشد.»

اما حالا، این تیم تحقیقاتی موفق شده‌اند این مشکلات را با استفاده از کاتالیزور‌های ارزان‌قیمت و فناوری پاششی حل کنند.

این تصویر به رویکرد جدیدی برای ساخت الکترودهای گازی پراکنده (GDE) می‌پردازد که با استفاده از بلورهای فتالوسیانین‌ها فلزی (M-Pc Crystals) مدوله شده‌اند. این روش به دنبال تولید یک سطح کاتالیزوری مؤثر برای تبدیل دی‌اکسید کربن (CO₂) به مونوکسید کربن (CO) است.

فناوری پاششی، انقلابی در تولید کاتالیزور‌ها
به گزارش scitechdaily، محققان از ترکیبات مختلف فتالوسیانین‌ها (Pc) شامل فتلوسیانین بدون فلز (H۲Pc)، آهن (FePc)، کبالت (CoPc)، نیکل (NiPc) و مس (CuPc) به عنوان کاتالیزور استفاده کردند. این ترکیبات با استفاده از تکنیک ساده پاشش روی الکترود‌های گازی اعمال شدند و لایه‌های بلورین مستقیماً روی سطح الکترود تشکیل دادند.

کبالت فتالوسیانین‌ها (CoPc)، که یک رنگدانه ارزان‌قیمت و کمپلکس فلزی است، بهترین عملکرد را در تبدیل CO₂ به CO نشان داد. این فرآیند تنها ۱۵ دقیقه زمان می‌برد، در حالی که روش‌های سنتی نیاز به ۲۴ ساعت داشتند.

همچنین، سیستم جدید در چگالی جریان ۱۵۰ میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع، عملکرد پایداری را برای مدت ۱۴۴ ساعت حفظ کرد. این نشان‌دهنده پایداری و کارایی بالای این فناوری است.

تجزیه و تحلیل ساختاری، راز عملکرد بالا
برای درک دلیل عملکرد فوق‌العاده این کاتالیزور، تیم تحقیقاتی از تشعشع سنکروترون در مرکز NanoTerasu استفاده کردند و محاسبات نظری انجام دادند. نتایج نشان داد که بلوری‌شدن باعث چیدمان متراکم مولکول‌ها شده است که انتقال الکترون به سطح را تسهیل می‌کند. این یافته‌ها ثابت می‌کند که بلوری‌سازی مستقیم استراتژی مؤثری برای ساخت الکترود‌های کاتالیزوری بر پایه کمپلکس‌های فلزی است.

مقایسه عملکرد تبدیل CO₂ به CO بین الکترود گازی پراکنده مدوله شده با بلور‌های کبالت فتالوسیانین (CoPc) و نتایج قبلی.

مقایسه با روش‌های قبلی
طبق پایگاه داده DigCat (بزرگ‌ترین پایگاه داده آزمایشی الکتروکاتالیز)، کاتالیزور CoPc این تیم عملکردی برتر از تمام کاتالیزور‌های Pc قبلی دارد. لیو افزود:«این بهترین کاتالیزور بر پایه Pc برای تولید CO است و برای اولین بار استاندارد‌های صنعتی را برای سرعت واکنش و پایداری فراتر می‌رود.»

تأثیرات اجتماعی و صنعتی
این فناوری نه تنها یک راه‌حل نوین برای کاهش انتشار CO₂ ارائه می‌دهد، بلکه با کاهش هزینه‌ها و افزایش بازده انرژی، یکی از گلوگاه‌های اصلی تولید سوخت مصنوعی را نیز حل می‌کند. این دستاورد به‌عنوان فناوری نسل آینده برای Capture and Utilization of CO₂ (CCU) شناخته می‌شود و پتانسیل بالایی برای تبدیل آلاینده‌ها به منابع انرژی دارد.

با این فناوری، دیگر CO₂ تنها یک آلاینده نیست، بلکه ماده‌ای با ارزش برای تولید سوخت می‌شود. این پیشرفت علمی می‌تواند نقش مهمی در حرکت به سمت اقتصاد کربن‌خنثی ایفا کند و به جهان کمک کند تا از منابع انرژی پایدار‌تری استفاده کند.