मातीत सर्वत्र आढळणारे एक खनिज, α-आयर्न-(III) ऑक्सीहायड्रॉक्साइड, हे कार्बन डायऑक्साइडचे फॉर्मिक आम्लामध्ये प्रकाश-क्षपण करण्यासाठी एक पुनर्वापरयोग्य उत्प्रेरक असल्याचे आढळून आले आहे. श्रेय: प्रा. काझुहिको माएदा
वातावरणातील वाढत्या CO2 पातळीचा सामना करण्यासाठी, CO2 चे प्रकाश-क्षपण करून फॉर्मिक ॲसिड (HCOOH) सारख्या वाहतूकयोग्य इंधनांमध्ये रूपांतर करणे हा एक चांगला मार्ग आहे. या कार्यात मदत करण्यासाठी, टोकियो इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी येथील एका संशोधन पथकाने सहज उपलब्ध असलेले लोह-आधारित खनिज निवडले आणि त्याला ॲल्युमिना आधारावर भारित करून एक असा उत्प्रेरक विकसित केला आहे, जो सुमारे ९०% निवडक्षमतेसह CO2 चे HCOOH मध्ये कार्यक्षमतेने रूपांतर करू शकतो!
इलेक्ट्रिक वाहने अनेक लोकांसाठी एक आकर्षक पर्याय आहेत आणि त्याचे एक प्रमुख कारण म्हणजे त्यांच्यामुळे कार्बन उत्सर्जन होत नाही. तथापि, अनेकांसाठी एक मोठा तोटा म्हणजे त्यांची कमी रेंज आणि चार्जिंगसाठी लागणारा जास्त वेळ. इथेच पेट्रोलसारख्या द्रव इंधनांचा मोठा फायदा होतो. त्यांच्या उच्च ऊर्जा घनतेमुळे जास्त पल्ला गाठता येतो आणि लवकर इंधन भरता येते.
पेट्रोल किंवा डिझेलऐवजी दुसऱ्या द्रव इंधनाचा वापर केल्यास, द्रव इंधनांचे फायदे कायम ठेवून कार्बन उत्सर्जन पूर्णपणे टाळता येते. उदाहरणार्थ, इंधन सेलमध्ये, फॉर्मिक ॲसिड पाणी आणि कार्बन डायऑक्साइड बाहेर टाकून इंजिनला ऊर्जा देऊ शकते. तथापि, जर वातावरणातील CO2 चे HCOOH मध्ये रूपांतर करून फॉर्मिक ॲसिड तयार केले जात असेल, तर निव्वळ उत्पादन फक्त पाणीच असते.
आपल्या वातावरणातील कार्बन डायऑक्साइडची वाढती पातळी आणि जागतिक तापमानवाढीतील त्याचे योगदान ही आता एक सर्वसामान्य बातमी झाली आहे. संशोधकांनी या समस्येवर विविध दृष्टिकोनांवर प्रयोग करत असताना, एक प्रभावी उपाय समोर आला—वातावरणातील अतिरिक्त कार्बन डायऑक्साइडचे ऊर्जा-समृद्ध रसायनांमध्ये रूपांतर करणे.
सूर्यप्रकाशात CO2 च्या प्रकाश-क्षपणाद्वारे फॉर्मिक ॲसिड (HCOOH) सारख्या इंधनांच्या उत्पादनाने अलीकडे खूप लक्ष वेधले आहे, कारण या प्रक्रियेचे दुहेरी फायदे आहेत: यामुळे अतिरिक्त CO2 उत्सर्जन कमी होते आणि सध्या भेडसावत असलेली ऊर्जेची कमतरता कमी करण्यासही मदत होते. उच्च ऊर्जा घनतेसह हायड्रोजनसाठी एक उत्कृष्ट वाहक म्हणून, HCOOH ज्वलनाद्वारे ऊर्जा प्रदान करू शकते आणि उप-उत्पादन म्हणून केवळ पाणी बाहेर टाकते.
हा फायदेशीर उपाय प्रत्यक्षात आणण्यासाठी, शास्त्रज्ञांनी सूर्यप्रकाशाच्या मदतीने कार्बन डायऑक्साइडचे क्षपण करणाऱ्या फोटोकॅटॅलिटिक प्रणाली विकसित केल्या आहेत. या प्रणालीमध्ये प्रकाश-शोषक सब्सट्रेट (म्हणजेच, फोटोसेन्सिटायझर) आणि एक उत्प्रेरक असतो, जो CO2 चे HCOOH मध्ये क्षपण करण्यासाठी आवश्यक असलेले अनेक इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण शक्य करतो. आणि अशा प्रकारे योग्य आणि कार्यक्षम उत्प्रेरकांचा शोध सुरू झाला!
सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या संयुगांचा वापर करून कार्बन डायऑक्साइडचे प्रकाश-उत्प्रेरक क्षपण. श्रेय: प्राध्यापक काझुहिको माएदा
त्यांच्या कार्यक्षमतेमुळे आणि संभाव्य पुनर्वापरक्षमतेमुळे, घन उत्प्रेरकांना या कार्यासाठी सर्वोत्तम पर्याय मानले जाते, आणि गेल्या काही वर्षांमध्ये, अनेक कोबाल्ट, मॅंगनीज, निकेल आणि लोह-आधारित मेटल-ऑरगॅनिक फ्रेमवर्कच्या (MOFs) उत्प्रेरक क्षमतांचा शोध घेण्यात आला आहे, ज्यापैकी लोहाचे इतर धातूंपेक्षा काही फायदे आहेत. तथापि, आतापर्यंत नोंदवलेले बहुतेक लोह-आधारित उत्प्रेरक मुख्य उत्पादन म्हणून फक्त कार्बन मोनोऑक्साइड तयार करतात, HCOOH नाही.
तथापि, टोकियो इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी (टोकियो टेक) येथील प्राध्यापक काझुहिको माएदा यांच्या नेतृत्वाखालील संशोधकांच्या एका चमूने ही समस्या त्वरीत सोडवली. 'अंगेवांड्टे केमी' या रासायनिक नियतकालिकात प्रकाशित झालेल्या एका अलीकडील अभ्यासात, या चमूने α-लोह(III) ऑक्सीहायड्रॉक्साइड (α-FeO​​​ OH; जिओथाइट) वापरून ॲल्युमिना (Al2O3)-समर्थित लोह-आधारित उत्प्रेरक प्रदर्शित केला. हा नवीन α-FeO​​​OH/Al2O3 उत्प्रेरक CO2 चे HCOOH मध्ये रूपांतर करण्याची उत्कृष्ट कामगिरी आणि उत्कृष्ट पुनर्वापरक्षमता दर्शवतो. उत्प्रेरकाच्या निवडीबद्दल विचारले असता, प्राध्यापक माएदा म्हणाले: “आम्हाला CO2 प्रकाश-क्षपण प्रणालीमध्ये उत्प्रेरक म्हणून अधिक मुबलक प्रमाणात आढळणाऱ्या मूलद्रव्यांचा शोध घ्यायचा आहे. आम्हाला एका अशा घन उत्प्रेरकाची गरज आहे जो सक्रिय, पुनर्वापरयोग्य, बिनविषारी आणि स्वस्त असेल. म्हणूनच आम्ही आमच्या प्रयोगांसाठी जिओथाइटसारख्या सर्वत्र आढळणाऱ्या मृदा खनिजांची निवड केली.”
संघाने त्यांचा उत्प्रेरक संश्लेषित करण्यासाठी एक सोपी संसेचन पद्धत वापरली. त्यानंतर त्यांनी रुथेनियम-आधारित (Ru) फोटोसेन्सिटायझर, इलेक्ट्रॉन दाता आणि 400 नॅनोमीटरपेक्षा जास्त तरंगलांबीच्या दृश्य प्रकाशाच्या उपस्थितीत खोलीच्या तापमानावर CO2 चे फोटोकॅटॅलिटिक पद्धतीने क्षपण करण्यासाठी लोह-समर्थित Al2O3 सामग्री वापरली.
निकाल खूपच उत्साहवर्धक आहेत. मुख्य उत्पादन HCOOH साठी त्यांच्या प्रणालीची निवडक्षमता 80-90% होती आणि क्वांटम यील्ड 4.3% होता (जो प्रणालीची कार्यक्षमता दर्शवतो).
या अभ्यासात, एका कार्यक्षम फोटोसेन्सिटायझरसोबत जोडल्यास HCOOH निर्माण करू शकणारा, अशा प्रकारचा पहिलाच लोह-आधारित घन उत्प्रेरक सादर केला आहे. तसेच, यात योग्य आधार सामग्रीचे (Al2O3) महत्त्व आणि प्रकाश-रासायनिक क्षपण अभिक्रियेवरील तिच्या परिणामावरही चर्चा केली आहे.
या संशोधनातून मिळालेली माहिती कार्बन डायऑक्साइडचे इतर उपयुक्त रसायनांमध्ये प्रकाश-क्षपण करण्यासाठी नवीन मौल्यवान धातू-विरहित उत्प्रेरक विकसित करण्यास मदत करू शकते. “आमचे संशोधन दाखवते की हरित ऊर्जा अर्थव्यवस्थेचा मार्ग गुंतागुंतीचा नाही. उत्प्रेरक तयार करण्याच्या साध्या पद्धती देखील उत्तम परिणाम देऊ शकतात, आणि हे सर्वज्ञात आहे की पृथ्वीवर मुबलक प्रमाणात आढळणारी संयुगे, जर ॲल्युमिनासारख्या संयुगांद्वारे समर्थित असतील, तर त्यांचा वापर CO2 क्षपणासाठी निवडक उत्प्रेरक म्हणून केला जाऊ शकतो,” असा निष्कर्ष प्रा. माएदा यांनी काढला.
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
इथेच पेट्रोलसारख्या द्रव इंधनांचा मोठा फायदा होतो. त्यांच्या उच्च ऊर्जा घनतेमुळे लांब पल्ला गाठता येतो आणि लवकर इंधन भरता येते.
काही आकडेवारी पाहूया का? फॉर्मिक ॲसिडची ऊर्जा घनता पेट्रोलच्या तुलनेत कशी आहे? रासायनिक सूत्रामध्ये फक्त एक कार्बन अणू असल्याने, ते पेट्रोलच्या जवळपासही पोहोचेल असे मला वाटत नाही.
त्याव्यतिरिक्त, त्याचा वास खूप विषारी असतो आणि आम्ल असल्यामुळे ते पेट्रोलपेक्षा जास्त क्षरणकारक आहे. या न सुटणाऱ्या अभियांत्रिकी समस्या नाहीत, परंतु जोपर्यंत फॉर्मिक ॲसिडमुळे रेंज वाढवण्यात आणि बॅटरी पुन्हा भरण्याचा वेळ कमी करण्यात लक्षणीय फायदे मिळत नाहीत, तोपर्यंत हा प्रयत्न करणे कदाचित फायद्याचे ठरणार नाही.
जर त्यांनी जमिनीतून गोएथाइट काढण्याची योजना आखली असती, तर ती एक ऊर्जा-केंद्रित खाणकाम प्रक्रिया ठरली असती आणि पर्यावरणाला संभाव्यतः हानीकारक ठरली असती.
ते मातीत मोठ्या प्रमाणात गोएथाइट असल्याचा उल्लेख करू शकतात, कारण मला शंका आहे की गोएथाइटचे संश्लेषण करण्यासाठी आवश्यक कच्चा माल मिळवण्यासाठी आणि त्यावर अभिक्रिया घडवण्यासाठी अधिक ऊर्जेची आवश्यकता असेल.
प्रक्रियेच्या संपूर्ण जीवनचक्राचा विचार करणे आणि प्रत्येक गोष्टीसाठी लागणाऱ्या ऊर्जेच्या खर्चाची गणना करणे आवश्यक आहे. नासाला विनामूल्य प्रक्षेपण अशी कोणतीही गोष्ट आढळली नाही. इतरांनी ही गोष्ट लक्षात ठेवली पाहिजे.
सायटेक डेली: १९९८ पासून सर्वोत्तम तंत्रज्ञानविषयक बातम्यांचे केंद्र. ईमेल किंवा सोशल मीडियाद्वारे नवीनतम तंत्रज्ञानविषयक बातम्यांसह अद्ययावत रहा.
बार्बेक्यूच्या धुरकट आणि धुंद करणाऱ्या चवींचा नुसता विचार केला तरी बहुतेकांच्या तोंडाला पाणी सुटते. उन्हाळा आला आहे, आणि बऱ्याच जणांसाठी…