Этанол сегодня производится в высокотемпературных бродильных устройствах, которые химически преобразуют кукурузу, сахарный тростник и другие растения в жидкое топливо. Но выращивания сельскохозяйственных культур для производства биотоплива требуется тысячи акров земли и огромного количества удобрений и воды. В некоторых частях Соединенных Штатов, это занимает больше, чем 800 галлонов воды, чтобы вырастить бушель кукурузы, который, в свою очередь, даст всего 3 галлона этанола.
Новый метод, разработанный ученым Кананом и аспирантом Кристиной Ли не требует брожения и, если его расширить, может способствовать решению многих земных и водопользовательских вопросов, связанных с производством этанола. "Наше исследование демонстрирует возможность сделать этанол путем электрокатализа", сказал Канан. "Но у нас есть еще очень много работы, чтобы сделать, чтобы сделать устройство, которое практично."
Два года назад Канан и Ли создали новый электрод, выполненный из материала, который они назвали нанооксид меди. Они использовали термин "нанооксид меди", потому что металлический электрод был изготовлен из окиси меди.
"Обычные медные электроды состоят из отдельных наночастиц, которые расположены друг с другом", сказал Канан. "Наноксид меди, изготовлен из нанокристаллов оксида меди, которые все связаны друг с другом в непрерывной сети с хорошо определенными границами зерен. Процесс преобразования оксида меди в металлическую медь создает сеть нанокристаллов. "
Для исследования, Канан и Ли построен электрохимической ячейки - устройство, состоящее из двух электродов, расположенных в воде, насыщенной угарного газа. Когда напряжение подается на электроды из обычной ячейки, ток протекает и вода превращается в газообразный кислород на одном электроде (аноде) и газообразный водород на другом электроде (катоде). Задача состоит в том, чтобы найти катод, что приведет к уменьшению монооксида углерода в этаноле вместо уменьшения воды в водороде.
"Большинство материалов не способны уменьшать монооксид углерода и реагируют исключительно с водой," сказал Канан. "Медь является единственным исключением, но применение обычной меди очень неэффективно".
В эксперименте, Канан и Ли используется катод из нанооксида меди. Когда подавалось небольшое напряжение, результаты были впечатляющими.
"Нанооксид меди производит этанол и ацетат с 57 процентов эффективности", сказал Канан. "Это означает, что 57 процентов электрического тока вошел в производстве этих двух соединений из окиси углерода. Мы рады, потому что это представляет собой увеличение более чем 10-кратное эффективности по сравнению с обычными медных катализаторов. Наши модели показывают, что сеть нанокристаллов оксидов меди имеет решающее значение для достижения этих результатов ".
Команда Стэнфордского университета начала искать пути для создания других видов топлива и повышать общую эффективность процесса. "В этом эксперименте этанол был основным продуктом," сказал Канан. "Пропанол фактически даст выше плотность энергии топлива, чем этанол, но сейчас нет эффективного способа его производства."
В эксперименте Канан и Ли обнаружили, что новый катализатор может производить пропанол с эффективностью 10 процентов. Сейчас ученые работают над тем, чтобы улучшить производство пропанола путем изменения структуры катализатора.
В конечном счете, Канан хотели бы видеть питание катализатора от электричества от солнца, ветра или других возобновляемых ресурсов.
Для того чтобы процесс, чтобы быть нейтральным уровнем эмиссии углерода, ученым придется найти новый способ сделать окись углерода от возобновляемых источников энергии вместо ископаемого топлива. Канан считает, что диоксид углерода (CO2) из атмосферы может производить окись углерода, который, в свою очередь, будет подаваться на медный катализатор, чтобы получить жидкое топливо. СО2, который выбрасывается в атмосферу при сжигании топлива будет использоваться повторно, чтобы сделать больше окиси углерода и больше топлива - замкнутый контур, без выбросов процесс.
"Технология, которая уже существует для преобразования СО2 в окись углерода, но недостающим элементом было эффективное преобразование монооксида углерода в полезное топливо - жидкость, которую легко хранить и она нетоксична," сказал Канан. "До нашего исследования, было ощущение, что катализатор не может эффективно снизить угарный газ в жидкость. У нас есть решение этой проблемы, которое на основе меди , которое является дешевым и производительным. Мы надеемся, что наши результаты вдохновят других людей, чтобы работать над наша система или разработать новый катализатор, который преобразует окись углерода в топливо".
|
