कार्बन डायऑक्साइडचे फॉर्मिक आम्लात फोटोरिडक्शन करण्यासाठी α-आयरन-(III) ऑक्सिहायड्रॉक्साइड हे मोठ्या प्रमाणात वितरित होणारे माती खनिज पुनर्वापरयोग्य उत्प्रेरक असल्याचे आढळून आले. क्रेडिट: प्रो. काझुहिको माएदा
वातावरणातील वाढत्या CO2 पातळीला तोंड देण्यासाठी फॉर्मिक अॅसिड (HCOOH) सारख्या वाहतूक करण्यायोग्य इंधनांमध्ये CO2 चे फोटोरिडक्शन हा एक चांगला मार्ग आहे. या कार्यात मदत करण्यासाठी, टोकियो इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीच्या एका संशोधन पथकाने सहज उपलब्ध असलेले लोह-आधारित खनिज निवडले आणि ते अॅल्युमिना सपोर्टवर लोड केले जेणेकरून एक उत्प्रेरक विकसित होईल जो CO2 ला कार्यक्षमतेने HCOOH मध्ये रूपांतरित करू शकेल, सुमारे 90% निवडकता!
इलेक्ट्रिक वाहने अनेक लोकांसाठी एक आकर्षक पर्याय आहेत आणि त्याचे प्रमुख कारण म्हणजे त्यांच्यात कार्बन उत्सर्जन होत नाही. तथापि, अनेकांसाठी एक मोठा तोटा म्हणजे त्यांची रेंज कमी असणे आणि चार्जिंगचा जास्त वेळ असणे. पेट्रोलसारख्या द्रव इंधनाचा येथे मोठा फायदा आहे. त्यांच्या उच्च ऊर्जा घनतेचा अर्थ लांब रेंज आणि जलद इंधन भरणे आहे.
पेट्रोल किंवा डिझेलऐवजी वेगळ्या द्रव इंधनावर स्विच केल्याने कार्बन उत्सर्जन कमी होऊ शकते आणि द्रव इंधनाचे फायदेही टिकून राहतात. उदाहरणार्थ, इंधन सेलमध्ये, फॉर्मिक अॅसिड पाणी आणि कार्बन डायऑक्साइड सोडताना इंजिनला शक्ती देऊ शकते. तथापि, जर वातावरणातील CO2 ला HCOOH पर्यंत कमी करून फॉर्मिक अॅसिड तयार केले गेले, तर फक्त पाणीच निव्वळ उत्पादन होते.
आपल्या वातावरणात कार्बन डायऑक्साइडचे वाढते प्रमाण आणि जागतिक तापमानवाढीला त्यांचे योगदान या आता सामान्य बातम्या आहेत. संशोधकांनी या समस्येवर वेगवेगळ्या दृष्टिकोनांचा प्रयोग करत असताना, एक प्रभावी उपाय समोर आला - वातावरणातील अतिरिक्त कार्बन डायऑक्साइडचे ऊर्जा-समृद्ध रसायनांमध्ये रूपांतर करणे.
सूर्यप्रकाशात CO2 चे फोटोरिडक्शन करून फॉर्मिक अॅसिड (HCOOH) सारख्या इंधनाच्या निर्मितीने अलीकडे बरेच लक्ष वेधले आहे कारण या प्रक्रियेचा दुहेरी फायदा आहे: ते अतिरिक्त CO2 उत्सर्जन कमी करते आणि सध्या आपल्याला भेडसावत असलेल्या ऊर्जेची कमतरता कमी करण्यास देखील मदत करते. उच्च ऊर्जा घनतेसह हायड्रोजनसाठी एक उत्कृष्ट वाहक म्हणून, HCOOH उप-उत्पादन म्हणून फक्त पाणी सोडताना ज्वलनाद्वारे ऊर्जा प्रदान करू शकते.
या फायदेशीर उपायाला प्रत्यक्षात आणण्यासाठी, शास्त्रज्ञांनी सूर्यप्रकाशाच्या मदतीने कार्बन डायऑक्साइड कमी करणाऱ्या फोटोकॅटॅलिटिक प्रणाली विकसित केल्या आहेत. या प्रणालीमध्ये प्रकाश-शोषक सब्सट्रेट (म्हणजेच, एक फोटोसेन्सिटायझर) आणि एक उत्प्रेरक आहे जो CO2 चे HCOOH मध्ये घट करण्यासाठी आवश्यक असलेले बहुविध इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण सक्षम करतो. आणि अशा प्रकारे योग्य आणि कार्यक्षम उत्प्रेरकांचा शोध सुरू झाला!
सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या कंपाऊंड इन्फोग्राफिक्सचा वापर करून कार्बन डायऑक्साइडचे फोटोकॅटॅलिटिक रिडक्शन. क्रेडिट: प्रोफेसर काझुहिको मेदा
त्यांच्या कार्यक्षमतेमुळे आणि संभाव्य पुनर्वापरक्षमतेमुळे, घन उत्प्रेरकांना या कार्यासाठी सर्वोत्तम उमेदवार मानले जाते आणि गेल्या काही वर्षांत, अनेक कोबाल्ट, मॅंगनीज, निकेल आणि लोह-आधारित धातू-सेंद्रिय फ्रेमवर्क (MOFs) च्या उत्प्रेरक क्षमतांचा शोध घेण्यात आला आहे, ज्यामध्ये नंतरचे इतर धातूंपेक्षा काही फायदे आहेत. तथापि, आतापर्यंत नोंदवलेले बहुतेक लोह-आधारित उत्प्रेरक केवळ मुख्य उत्पादन म्हणून कार्बन मोनोऑक्साइड तयार करतात, HCOOH नाही.
तथापि, टोकियो इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी (टोकियो टेक) येथील संशोधकांच्या पथकाने प्राध्यापक काझुहिको माएदा यांच्या नेतृत्वाखाली ही समस्या लवकर सोडवली. अँजेवांड्ते केमी या रासायनिक जर्नलमध्ये प्रकाशित झालेल्या अलिकडच्या अभ्यासात, पथकाने α-आयरन(III) ऑक्सिहायड्रॉक्साइड (α-FeO​OH; जिओथाइट) वापरून अॅल्युमिना (Al2O3)-समर्थित लोह-आधारित उत्प्रेरक दाखवला. कादंबरी α-FeO​OH/Al2O3 उत्प्रेरक उत्कृष्ट CO2 ते HCOOH रूपांतरण कामगिरी आणि उत्कृष्ट पुनर्वापरक्षमता प्रदर्शित करते. उत्प्रेरकाच्या त्यांच्या निवडीबद्दल विचारले असता, प्राध्यापक माएदा म्हणाले: "आम्हाला CO2 फोटोरिडक्शन सिस्टममध्ये उत्प्रेरक म्हणून अधिक मुबलक घटकांचा शोध घ्यायचा आहे. आम्हाला सक्रिय, पुनर्वापरयोग्य, विषारी नसलेले आणि स्वस्त अशा घन उत्प्रेरकाची आवश्यकता आहे. म्हणूनच आम्ही आमच्या प्रयोगांसाठी गोएथाइट सारख्या मोठ्या प्रमाणात वितरित माती खनिजांची निवड केली."
त्यांच्या उत्प्रेरकाचे संश्लेषण करण्यासाठी संघाने एक सोपी गर्भाधान पद्धत वापरली. त्यानंतर त्यांनी रूथेनियम-आधारित (Ru) फोटोसेन्सिटायझर, इलेक्ट्रॉन दाता आणि 400 नॅनोमीटरपेक्षा जास्त तरंगलांबी असलेल्या दृश्यमान प्रकाशाच्या उपस्थितीत खोलीच्या तपमानावर CO2 फोटोकॅटॅलिटिकली कमी करण्यासाठी लोह-समर्थित Al2O3 पदार्थांचा वापर केला.
परिणाम खूप उत्साहवर्धक आहेत. मुख्य उत्पादन HCOOH साठी त्यांच्या प्रणालीची निवडक्षमता 80-90% होती ज्याचे क्वांटम उत्पन्न 4.3% होते (प्रणालीची कार्यक्षमता दर्शवते).
या अभ्यासात अशा प्रकारचा पहिलाच लोह-आधारित घन उत्प्रेरक सादर केला आहे जो कार्यक्षम फोटोसेन्सिटायझरसह जोडल्यास HCOOH निर्माण करू शकतो. योग्य सपोर्ट मटेरियल (Al2O3) चे महत्त्व आणि फोटोकेमिकल रिडक्शन रिअॅक्शनवर त्याचा परिणाम यावर देखील चर्चा केली आहे.
"या संशोधनातील अंतर्दृष्टी कार्बन डायऑक्साइडचे इतर उपयुक्त रसायनांमध्ये प्रकाश कमी करण्यासाठी नवीन उदात्त धातू-मुक्त उत्प्रेरक विकसित करण्यास मदत करू शकतात." आमचे संशोधन दर्शविते की हरित ऊर्जा अर्थव्यवस्थेचा मार्ग गुंतागुंतीचा नाही. उत्प्रेरक तयार करण्याच्या सोप्या पद्धती देखील उत्तम परिणाम देऊ शकतात आणि हे सर्वज्ञात आहे की पृथ्वीवर मुबलक प्रमाणात आढळणारे संयुगे, जर अॅल्युमिनासारख्या संयुगांनी समर्थित असतील तर, CO2 कमी करण्यासाठी निवडक उत्प्रेरक म्हणून वापरले जाऊ शकतात, "असे प्रो. मेदा म्हणतात.
संदर्भ: “दृश्यमान प्रकाशात CO2 फोटोरेडक्शनसाठी पुनर्वापर करण्यायोग्य घन उत्प्रेरक म्हणून अल्युमिना-समर्थित अल्फा-आयरन (III) ऑक्सिहायड्रॉक्साईड” डाहेयॉन अन, डॉ. शुन्ता निशिओका, डॉ. शुहेई यासुदा, डॉ. तोमोकी कानाझावा, डॉ. योशिनोबू कामाकुरा, प्रो. योशिनोबु कामाकुरा, प्रो. तो. नोझावा, प्रो. काझुहिको मेडा, १२ मे २०२२, अँगेवांडते केमी.डीओआय: १०.१०२ / एनी.२०२२०४९४८
"तेथेच पेट्रोलसारख्या द्रव इंधनांचा मोठा फायदा आहे. त्यांची उच्च ऊर्जा घनता म्हणजे लांब पल्ल्याची आणि जलद इंधन भरण्याची क्षमता."
काही संख्यांबद्दल काय? फॉर्मिक अॅसिडची ऊर्जा घनता पेट्रोलच्या तुलनेत कशी असते? रासायनिक सूत्रात फक्त एक कार्बन अणू असल्याने, मला शंका आहे की ते पेट्रोलच्या जवळही येईल.
त्याव्यतिरिक्त, वास खूप विषारी आहे आणि आम्ल म्हणून, तो पेट्रोलपेक्षा जास्त संक्षारक आहे. या न सोडवता येणाऱ्या अभियांत्रिकी समस्या नाहीत, परंतु जोपर्यंत फॉर्मिक अॅसिड श्रेणी वाढवण्यात आणि बॅटरी इंधन भरण्याचा वेळ कमी करण्यात महत्त्वपूर्ण फायदे देत नाही तोपर्यंत ते प्रयत्न करण्यासारखे नाही.
जर त्यांनी मातीतून गोइथाइट काढण्याची योजना आखली असेल, तर ते ऊर्जा-केंद्रित खाणकाम असेल आणि पर्यावरणाला संभाव्यतः हानी पोहोचवेल.
ते मातीमध्ये भरपूर गोइथाइटचा उल्लेख करतील कारण मला वाटते की आवश्यक कच्चा माल मिळविण्यासाठी आणि गोइथाइटचे संश्लेषण करण्यासाठी त्यांच्यावर प्रतिक्रिया देण्यासाठी अधिक ऊर्जा लागेल.
प्रक्रियेच्या संपूर्ण जीवनचक्राकडे पाहणे आणि प्रत्येक गोष्टीची ऊर्जा किंमत मोजणे आवश्यक आहे. नासाला मोफत प्रक्षेपण असे काहीही आढळले नाही. इतरांनी हे लक्षात ठेवले पाहिजे.
सायटेकडेली: १९९८ पासूनच्या सर्वोत्तम तंत्रज्ञान बातम्यांचे घर. ईमेल किंवा सोशल मीडियाद्वारे नवीनतम तंत्रज्ञान बातम्यांसह अद्ययावत रहा.
बार्बेक्यूच्या धुरकट आणि मादक चवींबद्दल विचार करणे बहुतेक लोकांना लाळ सुटण्यासाठी पुरेसे आहे. उन्हाळा आला आहे, आणि अनेकांसाठी…