KARBONDİOKSİT İLE ŞARJ EDİLEBİLİR PİL
PH gradyanlı akış hücresi iki kanala sahiptir: biri karbon dioksitli (düşük pH'lı) sülfürlü bir sulu solüsyon ve diğeri ortam havasıyla (yüksek pH) sparze edilmiş sulu bir solüsyon içeren iki kanal içerir. PH gradyanı, iyonların zar boyunca akmasına neden olur ve iki elektrot arasında bir voltaj farkı yaratır ve elektronları bağlayan bir tel boyunca elektronların akmasına neden olur.
Araştırmacılar, fosil yakıtlı enerji santrallerinden çıkan çözünmüş karbondioksit içeren su bazlı bir solüsyon ile doldurulabilen bir akış hücresi olarak adlandırılan, şarj edilebilir pil geliştirdiler. Cihaz, CO2 emisyonları ve ortam havası arasındaki CO2 konsantrasyon farkından yararlanarak çalışır.
Yeni akış hücresi, önceki benzer yöntemlerle elde edilen değerlerden yaklaşık 200 kat fazla olan 0.82 W / m2'lik bir ortalama güç yoğunluğu üretir. Sürecin büyük ölçekte ekonomik açıdan uygulanabilir olup olmayacağı henüz net olmasa da, erken sonuçlar umut verici görünmekte ve ileride yapılacak araştırmalarla daha da geliştirilebilmektedir.
Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'ndeki bilim adamları Taeyong Kim, Bruce E. Logan ve Christopher A. Gorski, Çevre Bilimi ve Teknoloji Mektupları dergisinde yeni CO2-elektriğe dönüşüm yöntemi üzerine araştırmalarını yayınladılar.
Gorski, 'Bu çalışma, CO2'yi yararlı yakıtlara dönüştürmek için pahalı katalizör malzemeleri ve çok yüksek sıcaklıklar gerektiren mevcut teknolojilere kıyasla CO2 emisyonlarından enerjiyi yakalamak için alternatif bir yöntem sunuyor' dedi.
Gri beyaz dumanın mavi gökyüzüne karşıtlığı, yanan fosil yakıtların olumsuz çevresel etkisini gösterirken, iki gaz arasındaki CO2 konsantrasyonundaki büyük farklılık, elektrik üretmek için kullanılmayan bir enerji kaynağı da sağlar.
Araştırmacılar, bu konsantrasyon farkındaki potansiyel enerjiyi kullanmak için CO2 gazı ve ortam havasını sulu bir solüsyonun ayrı kaplarında, “sparging” adı verilen bir süreçte eritti. Bu işlemin sonunda, CO2 ile dağılmış çözelti bikarbonat iyonları oluşturur, Bu da pH değeri 9 4 olan havayla dağılmış çözeltiye kıyasla 7,7 daha düşük bir pH verir.
Sparging işleminden sonra araştırmacılar, her bir çözeltiyi bir akış hücresindeki iki kanaldan birine enjekte ederek hücrede bir pH gradyanı oluşturdu. Akış hücresi, iki kanalın karşı taraflarında elektrotlara sahiptir ve iki kanal arasına yarı gözenekli bir zar vardır ve bu da iyonların geçmesine izin verirken anlık karıştırmayı önler. İki solüsyon arasındaki pH farkından dolayı, çeşitli iyonlar zardan geçer ve iki elektrot arasında bir gerilim farkı yaratır ve elektronları bağlayan bir tel boyunca elektronların akmasına neden olur.
Akış hücresi boşaltıldıktan sonra, çözeltilerin aktığı kanalları değiştirerek tekrar şarj edilebilir. Her elektrot üzerinden akan solüsyonu değiştirerek şarj mekanizması tersine çevrilerek elektronlar ters yönde akar. Testler, hücrenin, 50 döngü alternatif solüsyonda performansını koruduğunu gösterdi.
Sonuçlar aynı zamanda iki kanal arasındaki pH farkının artmasıyla ortalama güç yoğunluğunun da arttığını gösterdi. PH gradyanlı akış hücresi, atık CO2'yi elektriğe dönüştüren benzer hücrelere kıyasla yüksek bir güç yoğunluğuna ulaşmasına rağmen, CO2'yi, H2 gibi diğer yakıtlarla birleştiren yakıt hücresi sistemlerinin güç yoğunluğundan çok daha düşüktür.
Bununla birlikte, yeni akış hücresi, bu diğer cihazlara kıyasla, ucuz materyallerin kullanımı ve oda sıcaklığında çalışma gibi bazı avantajlara sahiptir. Bu özellikler mevcut hücre santrallerinde pratik uygulamalar için akış hücresini çekici hale getirir.
Gorski, “Çok sayıda aynı akış hücresi içeren bir sistem, fosil yakıtları yakan elektrik santrallerine monte edilecek” dedi.
Gelecekte, araştırmacılar akış hücresi performansını daha da geliştirmeyi planlıyorlar.
Gorski, "Şu anda, üretilen enerjiyi en yükseğe çıkarmak için çözüm koşullarının nasıl optimize edilebileceğini görmek istiyoruz" dedi. “Ayrıca pH'lara bağımlı redoks özelliklerine sahip olan kimyasalları suda çözüp çözemeyeceğimizi de araştırıyor ve böylece toparlanabilir enerji miktarını arttırmayı sağlıyoruz. İkinci yaklaşım, sulu çözeltilerdeki çözünmüş kimyasalları indirgeyip oksitleyen bir akış bataryasına benzemektedir, Bununla birlikte, çözeltinin pH'ını CO2 ile değiştirerek indirgenmelerine ve oksitlenmelerine neden oluyoruz.”
Referans dergi: Environmental Science & Technology Letters
Daha fazla bilgi: Taeyoung Kim et al. "A pH-Gradient Flow Cell for Converting Waste CO2 into Electricity." Environmental Science & Technology Letters. DOI: 10.1021/acs.estlett.6b00467
Yayınlama tarihi: 13.02.2017