მკვლევარებმა დაბალი ტემპერატურის საწვავის უჯრედის ახალი ტიპი განავითარეს, რაც პირდაპირ ახდენს ბიომასის გარდაქმნას ელექტროენერგიად კატალიზატორის დახმარებით, რომელიც აქტივირებულია მზის ან თერმული ენერგიით.
ასევე დაბალი ტემპერატურის საწვავის უჯრედი რომელიც იკვებება მეთანოლით ან წყალბადით კარგადაა შესწავლილი, არსებული დაბალი ტემპერატურის საწვავის უჯრედის ტექნოლოგიები პირდაპირ ვერ იყენებენ ბიომასს როგორც საწვავს პოლიმერული მასალების ეფექტური კატალიზატორი სისტემის ნაკლებობის გამო. ახლახანს ჯორჯიას ტექნოლოგიის ინსტიტუტის მკვლევარებმა დაბალი ტემპერატურის საწვავის უჯრედის ახალი ტიპი განავითარეს, რაც პირდაპირ ახდებს ბიომასის გარდაქმნას ელექტროენერგიად კატალიზატორის დახმარებით რაც აქტივირებულია მზის ან თერმული ენერგიით. ჰიბრიდული საწვავის უჯრედს შეუძლია გამოიყენოს ბიომასის წყაროს ფართო სპექტრი. მათ შორისაა სახამებელი, ცელულოზი, ლიგნინი - და ასევე ფეტვი, ხის მტვერი, წყალმცენარე და შინაური ფრინველის გადამუშავებ ის ნარჩენი.
მოწყობილობა შესაძლოა გამოყენებული ყოფილიყო მცირე მასშტაბის ერთეულებად იმისათვის, რათა მომხდარიყო ელექტროენერგიის მიწოდება განვითარებადი ერებისათვის, ისევე როგორც დიდი მოწყობილობებისათვის რათა მოხდეს ენერგიის მიწოდება იქ სადაც ბიომასის მნიშვნელოვანი ოდენობაა ხელმისაწვდომი.
“ჩვენ განვავითარეთ ახალი მეთოდი რომლის მეშვეობითაც შესაძლებელია ბიომასის მოხელთება ოთახის ტემპერატურაზე, და ამავე დროს გამოყენებული ბიომასის ტიპი არ არის შეზღუდული - ამ პროცესს ყველა სახის ბიომასის მოხელთება შეუძლია,“ თქვა იულინ დენგმა, ჯორჯიას ქიმიისა და ბიომოლეკულური ინჟინერიის ტექნიკური სკოლის და კვლევით სამეცნიერო და ტექნოლოგიის ინსტიტუტის (IPST) პროფესორმა.
„ეს ძალიან ზოგადი მიდგომაა ბევრი სახის ბიომასის და ორგანული ნარჩენის უტილიზებისათვის იმისათვის რათა წარმოიშვას ელექტრო ენერგია საწყისი მასალის გაწმენდის საჭიროების გარეშე.“ ახალი მზით სტიმულირებული პირდაპირი ბიომასის - ელექტროენერგიმდე ჰიბრიდული საწვავის უჯრედი აღწერილი იყო 2014, თებერვლის 7, ჟურნალში Nature Communications.
„ბიომასის საწვავის უჯრედებისათვის გამოწვევა არის ის, რომ ნახშირბადი უკავშირდება ბიომასს- ბუნებრივ პოლიმერს- რისი დაშლაც ჩვეულებრივი კატალიზატორის, მათ შორის ძვირიანი ძვირფასი მეტალების მეშვეობით არც ისე იოლია,“ აღნიშნა დენგმა.
ამ გამოწვევის გადასალახავად მეცნიერებმა შეიმუშავეს მიკრობული საწვავის უჯრედები რომელშიც მიკრობები ან ფერმენტები შლიან ბიომასს, მაგრამ ამ პროცესს ბევრი დაბრკოლება აქვს: ამ უჯრედებიდან ენერგიის მიღების საშუალება შეზღუდულია, მიკრობებს ან ენზიმებს მხოლოდ არჩევით შეუძლიათ გარკვეული ტიპის ბიომასის დაშლა, და მიკრობული სისტემა შესაძლოა ბევრი ფაქტორით იქნეს დეაქტივირებული. დენგმა და მისმა გუნდმა შეისწავლეს ამ გამოწვევის გადაჭრის გზები ქიმიაში ცვლილებების შეტანით იმისათვის, რათა გარე ენერგიის წყაროს მიეცეს საწვავის უჯრედის დაჟანგვა-აღდგენის რეაქციის აქტივირების საშუალება.
ახალ სისტემაში ბიომასი ეფუძნება, შერწყმულია და გახსნილია პოლიოქსომეტელატის (POM) კატალიზატორთან და მერე ხვდება მზის ან სიცხის ზემოქმედების ქვეშ. ფოტოქიმიური და თერმოქიმიური კალატიზატორების POM ფუნქცია ორივესი არის როგორც მჟანგავი ნივთიერების და მუხტის მატარებელის. POM ჟანგავს ბიომასს ფოტო და თერმული ნათების ზეგავლენის ქვეშ და აწვდის მუხტს ბიომასისაგან საწვავის უჯრედის ანოდისათვის. ელექტრონები შემდეგ ტრანსპორტირდებიან კათოდებად, სადაც საბოლოოდ ხდება მათი დაჟანგვა ჟანგბადის მეშვეობით გარე წრის გავლით ელექტროენერგიის საწარმოებლად. „თუ ბიომასს და კატალიზატორს ოთახის ტემპერატუტაზე შევურევთ, ისინი რეაქციაში ვერ მოვლენ ერთმანეთთან,“ თქვა დენგმა. „მაგრამ როცა თქვენ მათ მოაქცევთ სინათლის ან სიცხის ზეგავლენის ქვეშ რეაქცია იწყება. POM წარმოადგენს გარდამავალ ეტაპს რადგან ბიომასი პირდაპირ არ შეიძლება იყოს ხელმისაწვდომი ჟანგბადის მიერ.“
სისტემა იძლევა მნიშვნელოვან უპირატესობებს ბიომასის ფოტოქიმიური და მზის-თერმული დეგრადაციის ერთ ქიმიურ პროცესად შერწყმის ჩათვლით, რასაც მივყავართ მზის მაღალ გარდასახვამდე და ბიომასის ეფექტურ დეგრადაციამდე. იგი ასევე არ იყენებს ძვირიან ძვირფას მეტალებს ანოდის კატალიზატორის სახით რადგან საწვავის დაჟანგვის რეაქციები კატალიზებულია POM-ის მიერ პრობლემის გადაჭრისათვის. საბოლოოდ ვინაიდან POM ქიმიურად მყარია ჰიბრიდული საწვავის უჯრედს შეუძლია გაუწმენდავი პოლიმერული ბიომასის გამოყენება ძვირფასი მეტალის ანოდების მოწამვლის საშიშროების გარეშე. სისტემას შეუძლია ხსნადი ბიომასის ან ორგანული მასალების გამოყენება რაც დროებით დატოვებულია სითხეში. ექსპერიმენტებში საწვავის უჯრედი რომელიც 20 საათის განმავლობაში იმართებოდა მიუთითებს რომ POM კატალიზატორი შესაძლოა ხელმეორედ გამოყენებული იქნას შემდგომი დამუშავების გარეშე.
მკვლევარებმა თავიანთ ნაშრომში გააკეთეს დასკვნა ენერგიის მაქსიმუმი წილი 0.72 მილივატი შესახებ ერთ კვადრატულ სანტიმეტრზე რაც თითქმის 100-ით მეტია ვიდრე ცელულოზაზე დაყრდნობილი მიკრობული საწვავის უჯრედები, და ახლოსაა ვიდრე საუკეთესო მიკრობული საწვავის უჯრედები. დენგს მიაჩნია რომ პროდუქციის მიღება შესაძლოა გაიზარდოს ხუთიდან ათ ჯერამდე როცა პროცესი ოპტიმიზებულია.
„მე მჯერა რომ ამ ტიპის საწვავის უჯრედებს შესაძლოა ჰქონოდათ ენერგიის გამოსავალი რაც უდრის მეთანოლის საწვავის უჯრედს მომავალში,“ თქვა მან. „სისტემის ოპტიმიზებისათვის ჩვენ გვჭირდება რათა გვქონდეს ქიმიური პროცესების ჩართულობის მეტი აღქმა და ასევე თუ როგორ შეიძლება მათი გაუმჯობესება.“
მკვლევარებს ასევე სჭირდებათ სისტემის მუშაობის შედარება მზის და სხვა სახის ჩადებულ ენერგიასთან, როგორიცაა სხვა პროცესებისაგან გამომავალი სითბო. ბიომასის საწვავის სახით პირდაპირი გამოყენების გარდა ახალი უჯრედი ასევე გვთავაზობს მდგრადობის უპირატესობებს - და პოტენციურად დაბალ ფასს სხვა სახის საწვავის უჯრედთან შედარებით. „ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ სიცოცხლისუნარიანი მასალები ყოველგვარი ქიმიური დაბინძურების დარეშე,“ თქვა დენგმა. „მზის ენერგია და ბიომასი არის ორი მნიშვნელოვანი სიცოცხლისუნარიანი ენერგიის წყარო რაც დღეს მსოფლიოსათვისაა ხელმისაწვდომი. ჩვენი სისტემა მათ ერთად გამოიყენებდა ელექტროენერგიის წარმოსაქმნელად წიაღისეულ საწვავზე დამოკიდებულების შესამცირებლად.“
ბოლოს დენგთან ერთად მკვლევართა ჯგუფს წარმოადგენენ ვეი ლუი, მენჯი ლუი, ხიაოდან ზანგი და ჰონგლი საი, ყველა ქიმიური და ბიომოლეკულური ინჟინერიის სკოლიდან ან სამეცნიერო კვლევების ინსტიტუტიდან და ტექნოლოგია ჯორჯიას ტექნიკური სკოლიდან.
წყარო: ჯორჯიას ტექნოლოგიის ინსტიტუტი
Комментариев нет:
Отправить комментарий