نشكركم على زيارة موقع Nature.com. يُعاني متصفحكم من محدودية دعم CSS. للحصول على أفضل النتائج، نوصي باستخدام إصدار أحدث من متصفحكم (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). في هذه الأثناء، ولضمان استمرار الدعم، نعرض الموقع بدون تنسيق أو جافا سكريبت.
نشر أونغ لي وزملاؤه مؤخرًا دراسةً في مجلة "جول" (Joule) حول محطة تجريبية لهدرجة ثاني أكسيد الكربون لإنتاج حمض الفورميك (K. Kim et al., Joule https://doi.org/10.1016/j.Joule.2024.01 ). 003;2024). تُظهر هذه الدراسة تحسين العديد من العناصر الأساسية لعملية التصنيع. فعلى مستوى المفاعل، يُمكن أن يُسهم مراعاة الخصائص الرئيسية للمحفز، مثل الكفاءة التحفيزية، والشكل، والذوبان في الماء، والاستقرار الحراري، وتوافر الموارد على نطاق واسع، في تحسين أداء المفاعل مع الحفاظ على كميات المواد الأولية المطلوبة منخفضة. في هذه الدراسة، استخدم الباحثون محفزًا من الروثينيوم (Ru) مدعومًا بإطار من التريازين ثنائي البيريديل-تيريفثالونيتريل التساهمي المختلط (يُطلق عليه Ru/bpyTNCTF). قاموا بتحسين اختيار أزواج الأمينات المناسبة لالتقاط ثاني أكسيد الكربون وتحويله بكفاءة، حيث اختاروا N-ميثيل بيروليدين (NMPI) كأمين تفاعلي لالتقاط ثاني أكسيد الكربون وتعزيز تفاعل الهدرجة لتكوين الفورمات، وN-بيوتيل-N-إيميدازول (NBIM) كأمين تفاعلي. بعد عزل الأمين، يمكن عزل الفورمات لإنتاج حمض الفورميك (FA) لاحقًا من خلال تكوين ناتج إضافة. بالإضافة إلى ذلك، قاموا بتحسين ظروف تشغيل المفاعل من حيث درجة الحرارة والضغط ونسبة الهيدروجين إلى ثاني أكسيد الكربون لزيادة تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أقصى حد. من حيث تصميم العملية، طوروا جهازًا يتكون من مفاعل ذي طبقة متقطرة وثلاثة أعمدة تقطير مستمرة. يتم تقطير البيكربونات المتبقية في العمود الأول؛ ويتم تحضير NBIM بتكوين ناتج إضافة في العمود الثاني؛ ويتم الحصول على حمض الفورميك في العمود الثالث. كما تمّ اختيار المواد المستخدمة في المفاعل والبرج بعناية فائقة، حيث تمّ اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ (SUS316L) لمعظم المكونات، ومادة تجارية أساسها الزركونيوم (Zr702) للبرج الثالث لتقليل تآكل المفاعل نظرًا لمقاومتها لتآكل مجموعة الوقود، وتكلفتها منخفضة نسبيًا.
بعد تحسين عملية الإنتاج بدقة متناهية - بدءًا من اختيار المادة الخام المثالية، وتصميم مفاعل ذي طبقة متقطرة وثلاثة أعمدة تقطير مستمرة، مرورًا باختيار مواد دقيقة لجسم العمود والحشوة الداخلية للحد من التآكل، وصولًا إلى ضبط ظروف تشغيل المفاعل بدقة - نجح الباحثون في بناء محطة تجريبية بطاقة إنتاجية يومية تبلغ 10 كيلوغرامات من تجميعات الوقود، قادرة على العمل بثبات لأكثر من 100 ساعة. وبفضل دراسة الجدوى وتحليل دورة الحياة، تمكنت المحطة التجريبية من خفض التكاليف بنسبة 37% وتقليل تأثير الاحتباس الحراري بنسبة 42% مقارنةً بعمليات إنتاج تجميعات الوقود التقليدية. علاوة على ذلك، بلغت الكفاءة الإجمالية للعملية 21%، وتُضاهي كفاءتها في استهلاك الطاقة كفاءة مركبات خلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين.
كياو، م. الإنتاج التجريبي لحمض الفورميك من ثاني أكسيد الكربون المهدرج. مجلة الهندسة الكيميائية الطبيعية 1، 205 (2024). https://doi.org/10.1038/s44286-024-00044-2