Betri mpya huchubua kaboni dioksidi na kubadilika kuwa madini dhabiti

Aina mpya ya betri iliyotengenezwa na watafiti huko MIT inaweza kufanywa kwa sehemu kutoka kwa dioksidi kaboni iliyokamatwa kutoka kwa mitambo ya nguvu. Badala ya kujaribu kubadilisha kaboni dioksidi kuwa kemikali maalum kwa kutumia vichocheo vya chuma, ambayo kwa sasa ina changamoto kubwa, betri hii inaweza kuendelea kubadilisha kaboni dioksidi kuwa kaboni ya madini dhabiti inapotoka.

Wakati bado kulingana na utafiti wa hatua ya awali na mbali na kupelekwa kibiashara, uundaji mpya wa betri unaweza kufungua njia mpya za kurekebisha athari za ubadilishaji wa dioksidi kaboni ya kielektroniki, ambayo hatimaye inaweza kusaidia kupunguza utoaji wa gesi chafu kwenye angahewa.

Betri imetengenezwa kwa chuma cha lithiamu, kaboni, na elektroliti ambayo watafiti walitengeneza. Matokeo yameelezwa leo kwenye jarida Joule, katika karatasi na profesa msaidizi wa uhandisi wa mitambo Betar Gallant, mwanafunzi wa udaktari Aliza Khurram, na postdoc Mingfu He.

Kwa sasa, mitambo ya nguvu iliyo na mifumo ya kukamata kaboni kwa ujumla hutumia hadi 30 asilimia ya umeme wanaozalisha ili tu kukamata, kutolewa, na uhifadhi wa dioksidi kaboni. Kitu chochote ambacho kinaweza kupunguza gharama ya mchakato huo wa kukamata, au ambayo inaweza kusababisha bidhaa ya mwisho ambayo ina thamani, inaweza kubadilisha kwa kiasi kikubwa uchumi wa mifumo hiyo, watafiti wanasema.

Walakini, "kaboni dioksidi haifanyi kazi sana,” Galant anaeleza, kwa hivyo "kujaribu kutafuta njia mpya za majibu ni muhimu." Kwa ujumla, njia pekee ya kupata dioksidi kaboni kuonyesha shughuli muhimu chini ya hali ya kielektroniki ni kwa pembejeo kubwa za nishati katika mfumo wa voltages za juu., ambayo inaweza kuwa mchakato wa gharama kubwa na usiofaa. Kimsingi, gesi ingepitia athari zinazotokeza kitu cha maana, kama vile kemikali muhimu au mafuta. Walakini, juhudi za ubadilishaji umeme, kawaida hufanywa ndani ya maji, kubaki kuzuiwa na pembejeo za juu za nishati na uteuzi duni wa kemikali zinazozalishwa.

Gallant na wafanyakazi wenzake, ambao utaalamu wake unahusiana na mambo yasiyo ya kawaida (sio msingi wa maji) athari za kielektroniki kama vile zile zinazoweka betri za lithiamu, ilichunguza ikiwa kemia ya kunasa kaboni-dioksidi inaweza kutumika kutengeneza elektroliti zilizojaa kaboni-dioksidi - moja ya sehemu tatu muhimu za betri - ambapo gesi iliyonaswa inaweza kutumika wakati wa kutolewa kwa betri kutoa pato la nguvu.

Mbinu hii ni tofauti na kutoa kaboni dioksidi kurudi kwenye awamu ya gesi kwa hifadhi ya muda mrefu, kama inavyotumika sasa katika kukamata na kukamata kaboni, au CCS. Sehemu hiyo kwa ujumla huangalia njia za kukamata kaboni dioksidi kutoka kwa kiwanda cha nguvu kupitia mchakato wa kunyonya kemikali na kisha kuihifadhi katika muundo wa chini ya ardhi au kuibadilisha kemikali kuwa mafuta au malisho ya kemikali..

Badala yake, timu hii ilibuni mbinu mpya ambayo inaweza kutumika moja kwa moja katika mkondo wa taka wa mitambo kutengeneza nyenzo kwa moja ya sehemu kuu za betri..

Wakati maslahi yameongezeka hivi karibuni katika maendeleo ya betri za lithiamu-kaboni-dioksidi, ambayo hutumia gesi kama kiitikio wakati wa kutokwa, reactivity ya chini ya dioksidi kaboni kwa kawaida imehitaji matumizi ya vichocheo vya chuma. Sio tu hizi ni ghali, lakini kazi yao inabakia kutoeleweka vizuri, na athari ni ngumu kudhibiti.

Kwa kuingiza gesi katika hali ya kioevu, hata hivyo, Gallant na wafanyakazi wenzake walipata njia ya kufikia ubadilishaji wa kaboni dioksidi ya kielektroniki kwa kutumia elektrodi ya kaboni pekee. Jambo kuu ni kuamsha kaboni dioksidi kwa kuiingiza kwenye suluhisho la amine.

"Tulichoonyesha kwa mara ya kwanza ni kwamba mbinu hii inawasha kaboni dioksidi kwa elektrokemia rahisi zaidi,” Galant anasema. "Kemia hizi mbili - amini zenye maji na elektroliti za betri zisizo na maji - kwa kawaida hazitumiwi pamoja., lakini tuligundua kuwa mchanganyiko wao hutoa tabia mpya na za kuvutia ambazo zinaweza kuongeza voltage ya kutokwa na kuruhusu ubadilishaji endelevu wa dioksidi kaboni.

Walionyesha kupitia mfululizo wa majaribio kwamba mbinu hii inafanya kazi, na inaweza kutoa betri ya lithiamu-kaboni dioksidi yenye voltage na uwezo unaoshindana na ule wa betri za kisasa za lithiamu-gesi.. Aidha, amini hufanya kama kikuzaji cha molekuli ambacho hakitumiwi katika majibu.

Jambo kuu lilikuwa kukuza mfumo sahihi wa elektroliti, Khurram anaeleza. Katika utafiti huu wa awali wa uthibitisho wa dhana, waliamua kutumia elektroliti isiyo na maji kwa sababu ingepunguza njia zinazopatikana za majibu na kwa hivyo kurahisisha kuainisha majibu na kuamua uwezekano wake.. Nyenzo ya amini waliyochagua kwa sasa inatumika kwa programu za CCS, lakini hapo awali haikuwa imetumika kwa betri.

Mfumo huu wa mapema bado haujaimarishwa na utahitaji maendeleo zaidi, watafiti wanasema. Kwa jambo moja, maisha ya mzunguko wa betri ni mdogo 10 mizunguko ya kutokwa kwa malipo, kwa hivyo utafiti zaidi unahitajika ili kuboresha uwezo wa kuchaji tena na kuzuia uharibifu wa vijenzi vya seli. "Betri za lithiamu-kaboni dioksidi zimesalia miaka mingi" kama bidhaa inayoweza kutumika, Galant anasema, kwani utafiti huu unashughulikia moja tu kati ya maendeleo kadhaa yanayohitajika ili kuyafanya kuwa ya vitendo.

Lakini dhana inatoa uwezo mkubwa, kulingana na Gallant. Kukamata kaboni kunachukuliwa kuwa muhimu sana kufikia malengo ya ulimwengu ya kupunguza utoaji wa gesi chafuzi, lakini bado hazijathibitishwa, njia za muda mrefu za kutupa au kutumia kaboni dioksidi yote inayosababishwa. Utupaji wa kijiolojia chini ya ardhi bado ni mshindani mkuu, lakini mbinu hii inabakia kuwa haijathibitishwa na inaweza kuwa na kikomo kwa kiasi gani inaweza kubeba. Pia inahitaji nishati ya ziada kwa kuchimba visima na kusukuma maji.

Watafiti pia wanachunguza uwezekano wa kutengeneza toleo linaloendelea la mchakato huo, ambayo inaweza kutumia mkondo wa kutosha wa dioksidi kaboni chini ya shinikizo na nyenzo za amine, badala ya ugavi wa awali wa nyenzo, hivyo basi kuiruhusu kutoa pato la nishati thabiti mradi tu betri iwe na dioksidi kaboni. Mwishowe, wanatumai kufanya hili kuwa mfumo jumuishi ambao utafanya ukamataji wa kaboni dioksidi kutoka kwa mkondo wa uzalishaji wa kiwanda cha nguvu., na ubadilishaji wake kuwa nyenzo ya kielektroniki ambayo inaweza kutumika katika betri. "Ni njia moja ya kuifuata kama bidhaa muhimu,” Galant anasema.

"Ilifurahisha kwamba Gallant na wafanyikazi wenzake walichanganya kwa ujanja maarifa ya hapo awali kutoka kwa maeneo mawili tofauti, elektrokemia ya betri ya gesi ya chuma na kemia ya kunasa kaboni-dioksidi, na kufanikiwa kuongeza msongamano wa nishati ya betri na ufanisi wa kunasa kaboni-dioksidi,” anasema Kisuk Kang, profesa katika Chuo Kikuu cha Kitaifa cha Seoul huko Korea Kusini, ambaye hakuhusishwa na utafiti huu.

"Ingawa uelewa sahihi zaidi wa uundaji wa bidhaa kutoka kwa kaboni dioksidi unaweza kuhitajika katika siku zijazo, aina hii ya mbinu baina ya taaluma mbalimbali inasisimua sana na mara nyingi hutoa matokeo yasiyotarajiwa, kama waandishi walivyoonyesha hapa,"Aliongeza.

Idara ya Uhandisi wa Mitambo ya MIT ilitoa msaada kwa mradi huo.