การศึกษาครั้งใหม่ได้เปิดเผยวิธีการใหม่ในการผลิตเอธานอลจากคาร์บอนไดออกไซด์โดยใช้นาโนคิวบ์ของคอปเปอร์และซิงค์ออกไซด์ ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเทคโนโลยีพลังงานที่ยั่งยืน
นักวิจัยจากภาควิชาวิทยาศาสตร์อินเทอร์เฟซที่สถาบัน Fritz Haber (FHI) ในเบอร์ลิน ได้บรรลุ ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการแสวงหาพลังงานที่ยั่งยืนโดยการเปิดตัววิธีการใหม่ในการแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ลงในเอธานอลโดยใช้การผสมผสานตัวเร่งปฏิกิริยาทองแดงและสังกะสีออกไซด์ที่เป็นนวัตกรรมใหม่
การเรียน, การตีพิมพ์ ในวารสาร Energy & Environmental Science อาจช่วยนำทางให้มีการผลิตเชื้อเพลิงที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น
ทีมวิจัยซึ่งนำโดย Arno Bergmann หัวหน้ากลุ่มที่ FHI และ Beatriz Roldán Cuenya ผู้อำนวยการฝ่ายวิทยาศาสตร์อินเทอร์เฟซที่ FHI ได้สำรวจประสิทธิภาพของ CO เคมีไฟฟ้าแบบพัลส์2 เทคนิคการลดปริมาณ (CO2RR) พบว่าการเพิ่มเปลือกสังกะสีออกไซด์ลงในนาโนคิวบ์ของทองแดงไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มผลผลิตเอธานอล แต่ยังช่วยลดการผลิตผลพลอยได้ที่ไม่ต้องการ เช่น ไฮโดรเจนอีกด้วย
ตามธรรมเนียมแล้ว CO2 การแปลงเป็นเอธานอลนั้นขึ้นอยู่กับตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นทองแดงอย่างมากภายใต้สภาวะปฏิกิริยาคงที่ แม้ว่าจะมีประสิทธิผลในระดับหนึ่ง แต่กรรมวิธีเหล่านี้ไม่ได้รับประกันการเลือกเอธานอลที่เหมาะสมเสมอไป และมักส่งผลให้เกิดปัญหาความเสถียรที่ขัดขวางประสิทธิภาพในระยะยาว เทคนิค CO2RR แบบพัลส์นั้นแม้จะมีแนวโน้มดี แต่โดยทั่วไปแล้วมักมีปัญหาในการรักษาเสถียรภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา
การศึกษาล่าสุดนี้หลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ได้ด้วยการนำสังกะสีออกไซด์มาใช้ ซึ่งช่วยรักษาความสมบูรณ์ของทองแดงได้อย่างมีประสิทธิภาพภายใต้สภาวะปฏิกิริยาที่ต้องการ
นวัตกรรมที่สำคัญอยู่ที่การเคลือบสังกะสีออกไซด์ ในกระบวนการในอดีต อะตอมของทองแดงมักจะละลายในอิเล็กโทรไลต์เนื่องจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน ทำให้ประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาลดลง เมื่อมีสังกะสีเข้ามาเกี่ยวข้อง สังกะสีจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันเป็นหลัก จึงช่วยปกป้องส่วนประกอบของทองแดง
การออกแบบเชิงกลยุทธ์นี้ไม่เพียงแต่ยืดอายุการใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยาเท่านั้น แต่ยังรักษาประสิทธิภาพไว้ได้อีกด้วย ด้วยเหตุนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่จึงสามารถผลิตเอธานอลได้ในระดับที่ใกล้เคียงหรือดีกว่าเมื่อเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาทองแดงบริสุทธิ์ แต่ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่เข้มข้นน้อยกว่า
ทีมงานใช้สเปกโตรสโคปีแบบโอเปรันโดรามานเพื่อให้เข้าใจโครงสร้างและองค์ประกอบของวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างลึกซึ้ง เทคนิคขั้นสูงนี้ช่วยให้ตรวจจับสารตัวกลางของปฏิกิริยาที่ถูกดูดซับได้อย่างแม่นยำ ซึ่งให้ข้อมูลสำคัญสำหรับการปรับประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาให้เหมาะสมที่สุด
การค้นพบที่น่าสนใจนี้ยืนยันสมมติฐานที่ว่าสถานะออกซิเดชันของโลหะมีความสำคัญระหว่างปฏิกิริยาดังกล่าว และชี้ให้เห็นว่าสารที่มีฤทธิ์จะถูกสร้างขึ้นระหว่างกระบวนการเร่งปฏิกิริยา ซึ่งจะเปิดช่องทางในการยกระดับการคัดเลือกและประสิทธิภาพของ CO อย่างมีนัยสำคัญ2 การแปรรูปไปเป็นเอธานอล ถือเป็นก้าวสำคัญในการแสวงหาเทคโนโลยีพลังงานที่ยั่งยืน
การรวมสังกะสีออกไซด์ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความทนทานของตัวเร่งปฏิกิริยาเท่านั้น แต่ยังเป็นกลยุทธ์ที่สร้างสรรค์สำหรับการผลิตเอธานอลและเชื้อเพลิงอื่นๆ จาก CO ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและคุ้มทุนอีกด้วย2ซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงภูมิทัศน์ของโซลูชันพลังงานหมุนเวียนได้ ความสำเร็จนี้เน้นย้ำถึงความสำคัญของการวิจัยอย่างต่อเนื่องในพื้นที่นี้เพื่อปลดล็อกเส้นทางที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับการผลิตพลังงานอย่างยั่งยืน