Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει μια τεχνολογία λέιζερ που θα μπορούσε να ανοίξει δρόμους για καθαρές τεχνολογίες καυσίμων και ενέργειας στο μέλλον.
We urgently need environment friendly and sustainable ways to replace fossil fuels, oil and natural gas. Carbon dioxide (CO2) is an abundant waste product produced by all activities and sources which rely on fossil fuels. About 35 billion metric tons of Carbon dioxide is released into our πλανήτη atmosphere annually as a waste product from electricity generating power plants, vehicles and industrial setups across the globe. To mitigate the effects of CO2 on global climate, this wasted CO2 could rather be converted into usable ενέργεια όπως το μονοξείδιο του άνθρακα και άλλες πηγές με άφθονη ενέργεια. Για παράδειγμα, η αντίδραση με το νερό CO2 παράγει πλούσιο σε ενέργεια αέριο υδρογόνο, όταν αντιδρά με υδρογόνο παράγει χρήσιμες χημικές ουσίες όπως υδρογονάνθρακες ή αλκοόλη. Τέτοια προϊόντα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για διάφορους σκοπούς και αυτό επίσης σε παγκόσμια βιομηχανική κλίμακα.
Οι ηλεκτροκαταλύτες είναι καταλύτες που συμμετέχουν σε ηλεκτροχημικές αντιδράσεις - όταν λαμβάνει χώρα μια χημική αντίδραση αλλά εμπλέκεται και ηλεκτρική ενέργεια. Για παράδειγμα, ο σωστός καταλύτης μπορεί να βοηθήσει στην αντίδραση υδρογόνου και οξυγόνου για την παραγωγή νερού με ελεγχόμενο τρόπο, διαφορετικά θα είναι απλώς ένα τυχαίο μείγμα δύο αερίων. Ή ακόμα και να παράγει ηλεκτρισμό με την καύση υδρογόνου και οξυγόνου. Οι ηλεκτροκαταλύτες τροποποιούν ή αυξάνουν τον ρυθμό των χημικών αντιδράσεων χωρίς να καταναλώνονται οι ίδιοι στην αντίδραση. Στο πλαίσιο του CO2, οι ηλεκτροκαταλύτες θεωρούνται σχετικοί και πολλά υποσχόμενοι όσον αφορά την επίτευξη «βήμα-αλλαγής» της απόδοσης στη μείωση του CO2 όπως επιθυμείται.
Δυστυχώς, ο ακριβής μηχανισμός του πώς λειτουργούν αυτοί οι ηλεκτροκαταλύτες δεν είναι πλήρως κατανοητός και παραμένει μια σημαντική πρόκληση η διαφοροποίηση μεταξύ των στρωμάτων των βραχύβιων ενδιάμεσων μορίων με τον «θόρυβο» των ανενεργών μορίων στο διάλυμα. Αυτή η περιορισμένη κατανόηση του μηχανισμού δημιουργεί δυσκολίες σε οποιαδήποτε πιθανή αλλαγή στο σχεδιασμό των ηλεκτροκαταλυτών.
Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ του Ηνωμένου Βασιλείου απέδειξαν α λέιζερ-Βασισμένη τεχνική φασματοσκοπίας για ηλεκτροχημική αναγωγή του διοξειδίου του άνθρακα in-situ στη μελέτη τους που δημοσιεύτηκε στο Φύση Κατάλυση. Χρησιμοποίησαν για πρώτη φορά τη φασματοσκοπία παραγωγής αθροίσματος δόνησης ή VSFG μαζί με ηλεκτροχημικά πειράματα για να εξερευνήσουν έναν καταλύτη (Mn(bpy)(CO)3Br) που θεωρείται πολλά υποσχόμενος ηλεκτροκαταλύτης μείωσης του CO2. Παρατηρήθηκε για πρώτη φορά η συμπεριφορά των κρίσιμων ενδιάμεσων που υπάρχουν στον καταλυτικό κύκλο μιας αντίδρασης για πολύ μικρό διάστημα. Η τεχνολογία VSFG καθιστά δυνατή την παρακολούθηση της συμπεριφοράς και της κίνησης ακόμη και εξαιρετικά βραχύβιων ειδών σε έναν καταλυτικό κύκλο και επομένως μας βοηθά να κατανοήσουμε πώς λειτουργούν οι ηλεκτροκαταλύτες. Έτσι, η ακριβής συμπεριφορά του τρόπου λειτουργίας των ηλεκτροκαταλυτών σε μια χημική αντίδραση είναι κατανοητή.
Αυτή η μελέτη παρέχει πληροφορίες για ορισμένες από τις πολύπλοκες χημικές οδούς και μπορεί να μας επιτρέψει να δημιουργήσουμε νέα σχέδια για ηλεκτροκαταλύτες. Οι ερευνητές ήδη ερευνούν πώς να βελτιώσουν την ευαισθησία αυτής της τεχνικής και αναπτύσσουν ένα νέο σύστημα ανίχνευσης για καλύτερη αναλογία σήματος προς θόρυβο. Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να βοηθήσει να ανοίξουν δρόμοι για αποτελεσματικότητα καθαρό καύσιμο και να συγκεντρώσει περισσότερες δυνατότητες για καθαρή ενέργεια. Μια τέτοια διαδικασία πρέπει τελικά να κλιμακωθεί βιομηχανικά για να επιτευχθεί μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα σε εμπορικό επίπεδο. Ο χειρισμός μεγάλων όγκων CO2 που παράγεται από μονάδες καύσης ορυκτών καυσίμων θα απαιτήσει βιομηχανική πρόοδο.
***
{Μπορείτε να διαβάσετε την αρχική ερευνητική εργασία κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο DOI που δίνεται παρακάτω στη λίστα των αναφερόμενων πηγών}
Πηγές)
Neri G et al. 2018. Ανίχνευση καταλυτικών ενδιάμεσων σε επιφάνεια ηλεκτροδίου κατά τη διάρκεια αναγωγής διοξειδίου του άνθρακα από καταλύτη με άφθονη γη. Φύση Κατάλυση. https://doi.org/10.17638/datacat.liverpool.ac.uk/533
***
