Революційна технологія: створено паливні елементи для видалення 99% вуглекислого газу з повітря

Інженери Університету Делавера продемонстрували спосіб ефективного захоплення 99% вуглекислого газу з повітря за допомогою нової електрохімічної системи, що працює на водні. Це значний крок вперед у галузі уловлювання вуглекислого газу, який може наблизити до ринку більш екологічні паливні елементи. Дослідницька група під керівництвом професора Університету штату Нью-Йорк Юшань Янь повідомила про свій метод у журналі Nature Energy у четвер, 3 лютого. Паливні елементи працюють шляхом перетворення хімічної енергії палива безпосередньо на електрику. Їх можна використовувати у гібридних автомобілях або автомобілях із нульовим рівнем викидів.

Ян, Генрі Белін дю Пон, завідувач кафедри хімічної та біомолекулярної інженерії, вже деякий час працює над покращенням паливних елементів з мембраною гідроксидного обміну (HEM) – економічною та екологічно чистою альтернативою традиційним паливним елементам на кислотній основі, які використовуються сьогодні. Але паливні елементи HEM мають недолік, через який вони не використовуються на дорогах, — вони надзвичайно чутливі до вуглекислого газу в повітрі. Власне, вуглекислий газ ускладнює “дихання” паливного елемента HEM. Цей дефект швидко знижує продуктивність та ефективність паливного елемента до 20%. Дослідницька група Яна вже понад 15 років шукає обхідний шлях для вирішення цього завдання з вуглекислим газом. Декілька років тому дослідники зрозуміли, що цей недолік насправді може бути вирішенням проблеми видалення вуглекислого газу.

“Щойно ми заглибилися в механізм, то зрозуміли, що паливні елементи вловлюють майже кожну частинку вуглекислого газу, що потрапляє в них, і вони дійсно добре відокремлюють його”, – сказав Брайан Сетцлер, доцент з досліджень у США. Хоча це не дуже добре для паливного елемента, команда знала, що якщо вони зможуть використовувати цей вбудований процес самоочищення в окремому пристрої перед блоком паливних елементів, вони зможуть перетворити його на сепаратор вуглекислого газу.

«Виявляється, наш підхід є дуже ефективним.  Ми можемо вловлювати 99% вуглекислого газу з повітря, якщо ми маємо правильну комплектацію та конфігурацію», — сказав Ян.

Тож як вони це зробили?

Автори знайшли спосіб вбудувати джерело живлення для електрохімічної технології всередину розділової мембрани.  Підхід включав коротке внутрішнє замикання пристрою. «Це ризиковано, але нам вдалося керувати цим короткозамкненим паливним елементом за допомогою водню. А за допомогою цієї внутрішньої електрично короткозамкнутої мембрани ми змогли позбутися громіздких компонентів, таких як біполярні пластини або будь-які електричні дроти», – сказав Лінь Ши, докторант групи Янь. Тепер у дослідницької групи був електрохімічний пристрій, який виглядав як звичайна фільтруюча мембрана, призначена для відділення газів, але з можливістю безперервно вловлювати дрібні кількості вуглекислого газу з повітря, як складніша електрохімічна система. Власне, вбудовування проводів пристрою всередину мембрани створило найкоротший шлях, який полегшив переміщення частинок вуглекислого газу з одного боку в інший. Це також дозволило команді побудувати компактний спіральний модуль із великою площею поверхні у невеликому обсязі. Іншими словами, тепер вони мають меншу упаковку, здатну фільтрувати більше повітря за раз, що робить їх ефективними та економічними для додатків з паливними елементами. Тим часом менша кількість компонентів означає меншу вартість і, що більш важливо, дає можливість легко масштабуватися для ринку.

Результати дослідницької групи показали, що електрохімічний осередок розміром 5 на 5 сантиметрів може безперервно видаляти близько 99% вуглекислого газу, що міститься у повітрі, що проходить зі швидкістю приблизно два літри за хвилину. Дослідники заявили, що ранній прототип спірального пристрою розміром з банку содової здатний фільтрувати 10 літрів повітря за хвилину, і видаляти 98% вуглекислого газу. За словами Сетцера, пристрій, що масштабується для автомобільного застосування, буде розміром приблизно з трилітрову банку, але його можна використовувати і для видалення вуглекислого газу в інших місцях. Наприклад, запатентована UD технологія може дозволити використовувати легші та ефективніші пристрої для видалення вуглекислого газу на космічних кораблях або підводних човнах, де постійна фільтрація має вирішальне значення.  Оскільки електрохімічна система працює на водні, по мірі розвитку водневої економіки цей електрохімічний пристрій може також використовуватися в літаках та будівлях, де бажана рециркуляція повітря є мірою енергозбереження.

За матеріалами https://www.sciencedaily.com/

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

three × 2 =