टोरंटो विश्वविद्यालय के इंजीनियरिंग शोधकर्ताओं द्वारा बनाया गया एक नया डिज़ाइन किया गया उत्प्रेरक कुशलतापूर्वक कैप्चर किए गए कार्बन को मूल्यवान उत्पादों में परिवर्तित करता है - यहां तक ​​कि एक संदूषक की उपस्थिति में भी जो वर्तमान संस्करणों के प्रदर्शन को खराब करता है।

यह खोज कार्बन कैप्चर और भंडारण के लिए अधिक आर्थिक रूप से अनुकूल तकनीकों की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है जिसे मौजूदा औद्योगिक प्रक्रियाओं में जोड़ा जा सकता है।

"आज, हमारे पास कम कार्बन वाली बिजली उत्पादन के लिए पहले से कहीं अधिक और बेहतर विकल्प हैं," वरिष्ठ लेखक प्रोफेसर डेविड सिंटन कहते हैं।कागज़में प्रकाशितप्रकृति ऊर्जाजो नये का वर्णन करता हैउत्प्रेरक.

"लेकिन अर्थव्यवस्था के अन्य क्षेत्र भी हैं जिन्हें डीकार्बोनाइज करना कठिन होगा: उदाहरण के लिए, स्टील और सीमेंट विनिर्माण। उन उद्योगों की मदद करने के लिए, हमें उनके अपशिष्ट धाराओं में कार्बन को पकड़ने और अपग्रेड करने के लिए लागत प्रभावी तरीकों का आविष्कार करने की आवश्यकता है।"

सिंटन और उनकी टीम CO को परिवर्तित करने के लिए इलेक्ट्रोलाइज़र नामक उपकरणों का उपयोग करती है₂और एथिलीन और इथेनॉल जैसे उत्पादों में बिजली।इन कार्बन-आधारित अणुओं को ईंधन के रूप में बेचा जा सकता है या प्लास्टिक जैसी रोजमर्रा की वस्तुएं बनाने के लिए रासायनिक फीडस्टॉक के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

इलेक्ट्रोलाइज़र के अंदर, रूपांतरण प्रतिक्रिया तब होती है जब तीन तत्व -CO₂गैस, इलेक्ट्रॉन और पानी आधारित तरल इलेक्ट्रोलाइट एक ठोस उत्प्रेरक की सतह पर एक साथ आते हैं।

उत्प्रेरक अक्सर तांबे से बना होता है लेकिन इसमें अन्य धातु या कार्बनिक यौगिक भी हो सकते हैं जो सिस्टम को और बेहतर बना सकते हैं।इसका कार्य प्रतिक्रिया को तेज़ करना और हाइड्रोजन गैस जैसे अवांछनीय साइड उत्पादों के निर्माण को कम करना है, जो समग्र प्रक्रिया की दक्षता को कम करते हैं।

जबकि दुनिया भर में कई टीमों ने उच्च प्रदर्शन वाले उत्प्रेरक तैयार किए हैं, उनमें से लगभग सभी को शुद्ध CO के साथ संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।₂खिलाना।लेकिन यदि प्रश्न में कार्बन धुएं के ढेर से आता है, तो फ़ीड शुद्ध के अलावा कुछ भी होने की संभावना है।

"उत्प्रेरक डिजाइनर आम तौर पर अशुद्धियों से निपटना पसंद नहीं करते हैं, और अच्छे कारण के लिए," पैनोस पापांगेलाकिस, पीएच.डी. कहते हैं।मैकेनिकल इंजीनियरिंग में छात्र और नए पेपर के पांच सह-प्रमुख लेखकों में से एक।

"सल्फर ऑक्साइड, जैसे SO₂, सतह से जुड़कर उत्प्रेरक को जहर दें।इससे CO के लिए कम साइटें बचती हैं₂प्रतिक्रिया करने के लिए, और यह उन रसायनों के निर्माण का भी कारण बनता है जो आप नहीं चाहते हैं।

"यह वास्तव में तेजी से होता है: जबकि कुछ उत्प्रेरक शुद्ध फ़ीड पर सैकड़ों घंटे तक चल सकते हैं, यदि आप इन अशुद्धियों को पेश करते हैं, तो कुछ ही मिनटों में उनकी दक्षता 5% तक कम हो सकती है।"

हालाँकि CO से अशुद्धियाँ दूर करने के लिए सुस्थापित तरीके मौजूद हैं₂-समृद्ध निकास गैसों को इलेक्ट्रोलाइज़र में डालने से पहले, उन्हें समय लगता है, ऊर्जा की आवश्यकता होती है और लागत बढ़ जाती हैकार्बन अवशोषणऔर उन्नयन.इसके अलावा, एसओ के मामले में₂, थोड़ी सी भी बड़ी समस्या हो सकती है।

"भले ही तुम अपना लाओनिकास गैसपपांगेलाकिस का कहना है, "प्रति मिलियन 10 भागों या फ़ीड के 0.001% से भी कम होने पर भी उत्प्रेरक को 2 घंटे से कम समय में ज़हर दिया जा सकता है।"

पेपर में, टीम बताती है कि कैसे उन्होंने एक अधिक लचीला उत्प्रेरक तैयार किया जो एसओ के सामने खड़ा हो सके।₂एक विशिष्ट तांबा-आधारित उत्प्रेरक में दो महत्वपूर्ण परिवर्तन करके।

एक तरफ, उन्होंने पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन की एक पतली परत जोड़ी, जिसे टेफ्लॉन भी कहा जाता है।यह नॉन-स्टिक सामग्री उत्प्रेरक सतह पर रसायन विज्ञान को बदल देती है, जिससे एसओ सक्षम करने वाली प्रतिक्रियाओं में बाधा आती है₂जहर देना.

दूसरी ओर, उन्होंने नेफियन की एक परत जोड़ी, एक विद्युत-प्रवाहकीय बहुलक जो अक्सर ईंधन कोशिकाओं में उपयोग किया जाता है।इस जटिल, झरझरा सामग्री में कुछ ऐसे क्षेत्र होते हैं जो हाइड्रोफिलिक होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे पानी को आकर्षित करते हैं, साथ ही अन्य क्षेत्र भी होते हैं जो हाइड्रोफोबिक होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे पानी को पीछे खींचते हैं।यह संरचना SO के लिए इसे कठिन बना देती है₂उत्प्रेरक सतह तक पहुँचने के लिए.

फिर टीम ने इस उत्प्रेरक को CO के मिश्रण के साथ खिलाया₂इसलिए₂, प्रति मिलियन लगभग 400 भागों की सांद्रता के साथ, जो एक औद्योगिक अपशिष्ट धारा का विशिष्ट है।इन कठिन परिस्थितियों में भी, नए उत्प्रेरक ने अच्छा प्रदर्शन किया।

"पेपर में, हम एक फैराडे दक्षता की रिपोर्ट करते हैं - यह मापता है कि कितने इलेक्ट्रॉन वांछित उत्पादों में समाप्त हुए - 50%, जिसे हम 150 घंटों तक बनाए रखने में सक्षम थे," पापेंजेलाकिस कहते हैं।

"वहां कुछ उत्प्रेरक हैं जो उच्च दक्षता पर शुरू हो सकते हैं, शायद 75% या 80%। लेकिन फिर, यदि आप उन्हें एसओ के सामने उजागर करते हैं₂, कुछ ही मिनटों में या अधिकतम कुछ घंटों में, यह लगभग शून्य हो जाता है।हम इसका विरोध करने में सक्षम थे।"

पापांगेलाकिस का कहना है कि क्योंकि उनकी टीम का दृष्टिकोण उत्प्रेरक की संरचना को प्रभावित नहीं करता है, इसलिए इसे व्यापक रूप से लागू किया जाना चाहिए।दूसरे शब्दों में, जिन टीमों ने पहले से ही उच्च प्रदर्शन वाले उत्प्रेरकों में महारत हासिल कर ली है, उन्हें सल्फर ऑक्साइड विषाक्तता के प्रतिरोध प्रदान करने के लिए समान कोटिंग्स का उपयोग करने में सक्षम होना चाहिए।

यद्यपि सल्फर ऑक्साइड विशिष्ट अपशिष्ट धाराओं में सबसे चुनौतीपूर्ण अशुद्धता है, वे एकमात्र नहीं हैं, और यह रासायनिक संदूषकों का पूरा सेट है जिसे टीम आगे बढ़ा रही है।

पापांगेलाकिस कहते हैं, "बहुत सारी अन्य अशुद्धियाँ हैं जिन पर विचार करना होगा, जैसे कि नाइट्रोजन ऑक्साइड, ऑक्सीजन, आदि।"

"लेकिन यह तथ्य कि यह दृष्टिकोण सल्फर ऑक्साइड के लिए इतनी अच्छी तरह से काम करता है, बहुत आशाजनक है। इस काम से पहले, यह मान लिया गया था कि आपको CO को अपग्रेड करने से पहले अशुद्धियों को दूर करना होगा₂.हमने जो दिखाया है वह यह है कि उनसे निपटने का एक अलग तरीका हो सकता है, जो कई नई संभावनाओं को खोलता है।"