تكنولوجيا

جهاز جديد منخفض التكلفة يشبه البطارية يلتقط انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أثناء شحنه

جهاز من نوع البطارية منخفض التكلفة يمتص انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أثناء الشحن

جهاز المكثف الفائق ، الذي يشبه بطارية قابلة لإعادة الشحن ، يبلغ حجمه حوالي ربع جالون وهو مصنوع جزئيًا من مواد مستدامة ، بما في ذلك قشور جوز الهند ومياه البحر. وقد صممه باحثون من جامعة كامبريدج ، ويمكن للمكثف الفائق أن يساعد في التقاط الكربون و تقنيات التخزين بتكلفة أقل بكثير. الائتمان: غابرييلا بوكيتي

طور باحثون جهازًا غير مكلف يمكنه التقاط ثاني أكسيد الكربون بشكل انتقائي أثناء إعادة شحنه. بعد ذلك ، أثناء تصريفه ، يمكن إطلاق ثاني أكسيد الكربون بطريقة خاضعة للرقابة وجمعها لإعادة الاستخدام أو التخلص المسؤول.

جهاز supercapacitor ، الذي يشبه بطارية قابلة لإعادة الشحن ، يبلغ حجمه حوالي ربع جالون وهو مصنوع جزئيًا من مواد مستدامة بما في ذلك قشور جوز الهند ومياه البحر.

“لقد وجدنا أنه من خلال تبديل التيار ببطء بين الصفائح ، يمكننا التقاط ضعف كمية ثاني أكسيد الكربون عن ذي قبل.” – الدكتور الكسندر فورس

صممه علماء في جامعة كامبريدج ، يمكن أن يساعد المكثف الفائق في تشغيل تقنيات التقاط الكربون وتخزينه بتكلفة أرخص بكثير. كل عام ، يتم إطلاق حوالي 35 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، وهناك حاجة ماسة إلى حلول للقضاء على هذه الانبعاثات ومعالجة أزمة المناخ. تعد تقنيات احتجاز الكربون الأكثر تقدمًا اليوم باهظة الثمن وتتطلب كميات كبيرة من الطاقة.

يتكون المكثف الفائق من قطبين كهربائيين بشحنة موجبة وسالبة. في العمل الذي قاده تريفور بينفورد أثناء إكماله لدرجة الماجستير في كامبريدج ، حاول الفريق التبديل من الجهد السالب إلى الجهد الموجب لتمديد وقت الشحن للتجارب السابقة. أدى ذلك إلى تحسين قدرة المكثف الفائق على التقاط الكربون.

يمتص المكثف الفائق انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أثناء شحنه

المكثف الفائق يشبه البطارية القابلة لإعادة الشحن ، لكن الاختلاف الرئيسي هو كيفية شحن الجهازين. تستخدم البطارية تفاعلات كيميائية لتخزين وإطلاق الشحنة ، في حين أن المكثف الفائق لا يعتمد على التفاعلات الكيميائية. بدلاً من ذلك ، يعتمد على حركة الإلكترونات بين الأقطاب الكهربائية ، لذلك يستغرق الأمر وقتًا أطول للتحلل وله عمر أطول. الائتمان: غابرييلا بوكيتي

قال الدكتور ألكسندر فورس من قسم الكيمياء في جامعة كامبريدج ، يوسف حميد ، الذي قاد البحث: “لقد وجدنا أنه من خلال تبديل التيار ببطء بين الصفائح ، يمكننا التقاط ضعف كمية ثاني أكسيد الكربون عن ذي قبل”.

قال فورس: “من المحتمل أن تستخدم عملية تفريغ الشحن الخاصة بالمكثف الفائق طاقة أقل من عملية تسخين الأمين المستخدمة حاليًا في الصناعة”. ستكون أسئلتنا التالية هي دراسة الآليات الدقيقة لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون وتحسينها. بعد ذلك ، سيكون الأمر يتعلق بالتوسيع. »

تم نشر النتائج في 19 مايو 2022 في المجلة بالمقياس النانوي.

المكثف الفائق يشبه البطارية القابلة لإعادة الشحن ، لكن الاختلاف الرئيسي هو كيفية شحن الجهازين. تستخدم البطارية تفاعلات كيميائية لتخزين وإطلاق الشحنة ، في حين أن المكثف الفائق لا يعتمد على التفاعلات الكيميائية. بدلاً من ذلك ، يعتمد على حركة الإلكترونات بين الأقطاب الكهربائية ، لذلك يستغرق الأمر وقتًا أطول للتحلل وله عمر أطول.

المكثف الفائق منخفض التكلفة يمتص ثاني أكسيد الكربون أثناء شحنه

طور باحثون جهازًا غير مكلف يمكنه التقاط ثاني أكسيد الكربون بشكل انتقائي أثناء إعادة شحنه. بعد ذلك ، أثناء تصريفه ، يمكن إطلاق ثاني أكسيد الكربون بطريقة خاضعة للرقابة وجمعها لإعادة الاستخدام أو التخلص المسؤول. الائتمان: غابرييلا بوكيتي

“المقايضة هي أن المكثفات الفائقة لا يمكنها تخزين نفس القدر من الشحن مثل البطاريات ، ولكن بالنسبة لشيء مثل احتجاز الكربون ، فإننا نعطي الأولوية للمتانة” ، كما قال المؤلف المشارك جريس مابستون. أفضل جزء هو أن المواد المستخدمة في تصنيع المكثفات الفائقة رخيصة الثمن ووفيرة. الأقطاب الكهربائية مصنوعة من الكربون ، الذي يأتي من نفايات قشور جوز الهند.

“نريد استخدام مواد خاملة لا تضر بالبيئة والتي يتعين علينا التخلص منها بشكل أقل تكرارًا. على سبيل المثال ، يذوب ثاني أكسيد الكربون في إلكتروليت قائم على الماء وهو في الأساس مياه بحر “.

ومع ذلك ، فإن هذا المكثف الفائق لا يمتص ثاني أكسيد الكربون تلقائيًا: يجب شحنه لسحب ثاني أكسيد الكربون. عندما يتم شحن الأقطاب الكهربائية ، تسحب اللوحة السالبة غاز ثاني أكسيد الكربون ، بينما تتجاهل الانبعاثات الأخرى ، مثل الأكسجين والنيتروجين والماء ، والتي لا تساهم في تغير المناخ. باستخدام هذه الطريقة ، يلتقط المكثف الفائق الكربون ويخزن الطاقة.

ساهم المؤلف المشارك د. يسرائيل تيمبرانو في المشروع من خلال تطوير تقنية تحليل الغاز للجهاز. تستخدم هذه التقنية مستشعر ضغط يستجيب للتغيرات في امتصاص الغاز في الجهاز الكهروكيميائي. تساعد نتائج مساهمة Temprano في تحسين الآلية الدقيقة التي تعمل داخل المكثف الفائق عند امتصاص ثاني أكسيد الكربون وإطلاقه. إن فهم هذه الآليات ، والخسائر المحتملة ، ومسارات التدهور كلها ضرورية قبل أن يتم توسيع نطاق المكثف الفائق.

قال تيمبرانو: “مجال البحث هذا جديد للغاية ، لذا فإن الآلية الدقيقة التي تعمل داخل المكثف الفائق ما زالت غير معروفة”.

المرجع: “تعزيز قدرة امتصاص ثاني أكسيد الكربون المتذبذب فائق السعة عن طريق ضبط بروتوكولات الشحن” بقلم تريفور بي بينفورد ، وغريس مابستون ، وإسرائيل تيمبرانو وألكسندر سي فورس ، 19 مايو 2022 ، بالمقياس النانوي.
DOI: 10.1039 / D2NR00748G

تم تمويل البحث من قبل زمالة قادة المستقبل في Dr Forse ، وهو برنامج بحث وابتكار بريطاني يطور الموجة التالية من البحث والابتكار على مستوى عالمي.


Source link

مقالات ذات صلة

أضف تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

Back to top button