یک دستگاه الکتروشیمیایی جدید پتانسیل تجزیه مستقیم دی اکسید کربن (CO2) به کربن و اکسیژن خالص را دارد. تیمی از دانشگاه نانجینگ در چین اظهار داشت که این تکنیک میتواند برای تولید کارآمد اکسیژن در محیطهای سخت مانند زیر آب زمین و حتی در مریخ مفید باشد.
جالب اینجاست که دستگاه جدید نیاز به شرایط فشار و دمای سختگیرانهای که معمولاً برای چنین واکنشهایی مورد نیاز است را از بین میبرد.
اگر انرژی مورد نیاز از انرژیهای تجدیدپذیر تأمین شود، این روش راه را به سوی خنثیسازی کربن هموار میکند. در عین حال، این یک روش عملی و قابل کنترل برای تولید O2 از دی اکسید کربن با پتانسیل کاربرد گسترده است – از کاوش مریخ و تأمین اکسیژن برای لباسهای فضایی گرفته تا پشتیبانی از حیات در زیر آب، ماسکهای تنفسی، تصفیه هوای داخل ساختمان و تصفیه زبالههای صنعتی.
روش جدید ۹۸ درصد اکسیژن تولید میکند.
گیاهان از فتوسنتز استفاده میکنند و CO2 را به اکسیژن و گلوکز تبدیل میکنند. این فرآیند به اتمهای هیدروژن که به عنوان عوامل واسطه عمل میکنند، بستگی دارد. سالهاست که دانشمندان برای تکرار مصنوعی این واکنش در شرایط متوسط تلاش کردهاند.
محققان دانشگاه نانجینگ، با همکاری دانشگاه فودان، تکنیک جدیدی را برای تجزیه مستقیم دی اکسید کربن به کربن و اکسیژن توسعه دادهاند. برخلاف روشهای سنتی که به هیدروژن متکی هستند، فرآیند آنها از لیتیوم به عنوان واسطه اصلی استفاده میکند.
محققان یک دستگاه الکتروشیمیایی جدید برای دستیابی به تجزیه مستقیم CO2 طراحی کردهاند. این دستگاه دارای یک کاتد گازی با یک کاتالیزور نانومقیاس ساخته شده از روتنیوم و کبالت و یک آند لیتیوم فلزی است.
نحوه کار آن به این صورت است. هنگامی که دی اکسید کربن به کاتد وارد میشود، تحت یک کاهش الکتروشیمیایی دو مرحلهای قرار میگیرد که توسط لیتیوم تسهیل میشود. ابتدا، دی اکسید کربن با لیتیوم واکنش میدهد تا کربنات لیتیوم (Li2CO3) تشکیل شود. پس از آن، این کربنات لیتیوم بیشتر واکنش میدهد و منجر به تولید اکسید لیتیوم (Li2O) و کربن عنصری میشود.
در نهایت، از طریق یک فرآیند اکسیداسیون الکتروکاتالیستی، اکسید لیتیوم تولید شده (Li2O) دوباره به یونهای لیتیوم تبدیل میشود و گاز اکسیژن (O2) را به عنوان یک محصول جانبی آزاد میکند. این فرآیند به طور موثر CO2 را به کربن و اکسیژن قابل استفاده تبدیل میکند. کاتالیزور بهینهشده به بازده اکسیژن بیش از ۹۸.۶ درصد دست مییابد.
این تیم در بیانیه مطبوعاتی خاطرنشان کرد: “استفاده از کاتالیزور بهینهشده RuCo امکان بازده بسیار بالای O2، بیش از ۹۸.۶ درصد، را فراهم میکند که به طور قابل توجهی از راندمان فتوسنتز طبیعی فراتر میرود.”
ایدهآل برای جو مریخ
فناوری جدید تجزیه دی اکسید کربن با عملکرد موفقیتآمیز نه تنها با دیاکسید کربن خالص، بلکه با طیف وسیعی از گازهای مخلوط، تطبیقپذیری خود را نشان میدهد. این شامل گاز دودکش شبیهسازیشده، که از انتشار گازهای صنعتی تقلید میکند، مخلوطی از CO2 و اکسیژن و حتی یک جو شبیهسازیشده مریخ است.
جو نازک مریخ عمدتاً از دی اکسید کربن تشکیل شده است – با فشاری کمتر از یک درصد فشار اتمسفر زمین.برای شبیهسازی این محیط برای آزمایش فناوری تجزیه دی اکسید کربن، محققان مخلوطی از گاز متشکل از آرگون و غلظت بسیار کمی (۱ درصد) از CO2 ایجاد کردند. با این حال، این تیم میزان اکسیژن تولید شده در شرایط مشابه مریخ را فاش نکرده است.
اگر این فناوری به خوبی کار کند، میتواند به کاوشگران انسانی آینده در مریخ کمک کند. جالب اینجاست که این فناوری پتانسیل پشتیبانی از زیستگاههای زیر آب و همچنین توسعه سیستمهای پیشرفته تصفیه هوا را دارد.