Nový elektrokatalyzátor exceluje ve výrobě etanolu z oxidu uhličitého a vody  
Oxid uhličitý je proklatě stabilní molekula. Velmi účinný a levný elektrokatalyzátor z atomárně rozptýlené mědi ho ale dokáže rozložit a společně s vodou přeměnit na užitečný etanol. Nová technologie by mohla přispět k rozvoji cirkulární uhlíkové ekonomiky.
Magie katalyzátorů. Kredit: Argonne National Laboratory.
Magie katalyzátorů. Kredit: Argonne National Laboratory.

Je to jako moderní alchymie. Vezmete katalyzátor, což bývá nějaká exotická záležitost, nesouvisející se zamýšleným produktem dotyčné líné chemické reakce – a najednou reakce jede jako po másle. V dnešní době jsou katalyzátory doslova životně důležité ve velké většině průmyslových výrobních procesů. Stále je ale co zlepšovat.

Di-Jia Liu. Kredit: Argonne National Laboratory.
Di-Jia Liu. Kredit: Argonne National Laboratory.

 

Výzkumný tým vedený odborníky amerických laboratoří Argonne National Laboratory nedávno vyvinul nový elektrokatalyzátor, který je jako lihovarníkův splněný sen. Pohání totiž reakci, při které se oxid uhličitý s vodou přemění na etanol, a to s velmi vysokou účinností, vysokou selektivitou a v neposlední řadě velmi levně. Etanol je samozřejmě velmi ceněnou komoditou, například jako přísada do benzínu anebo jako surovina pro mnoho produktů chemického, kosmetického i farmaceutického průmyslu.

 

Jak zdůrazňuje vedoucí výzkumu Di-Jia Liu, jejich katalyzátor by mohl přispět k rozvoji cirkulární uhlíkové ekonomiky, která by využívala vytvořený oxid uhličitý a nevypouštěla by ho zpět do atmosféry. Dotyčný proces výroby etanolu zužitkuje oxid uhličitý z různých průmyslových procesů na rozmanité produkty za přijatelnou cenu.

 

Nový elektrokatalyzátor tvoří atomárně rozptýlená měď na podkladu z uhlíkového prachu. Tento katalyzátor při elektrochemické reakci, která probíhá pod vlivem vnějšího elektrického pole, rozloží molekuly oxidu uhličitého a vody. Pak dojde k jejich specifické přestavbě na molekuly etanolu. Elektrokatalytická selektivita tohoto procesu přesahuje 90 procent. To je daleko více než u jiných podobných procesů. Skvělou zprávou je i to, že nový katalyzátor funguje stabilně po dlouhou dobu, za nízkého elektrického napětí.

Argonne National Laboratory, logo.
Argonne National Laboratory, logo.

 

Molekula oxidu uhličitého je za normálních podmínek velmi stabilní. Proto je její změna na jinou molekulu obvykle nákladná na energii a tudíž i na finance. Liu a spol. nabízejí možnost propojení jejich elektrokatalýzy s levnější elektřinou z obnovitelných zdrojů, která je dostupná mimo „špičku“ v rozvodné síti. Vzhledem k tomu, že tato elektrokatalýza probíhá za nízkých teplot a tlaků, tak je možné ji pohotově zapínat a vypínat, podle okamžité dostupnosti elektřiny z obnovitelných zdrojů.

 

Vývoj nového elektrokatalyzátoru byl spojen s výzkumem v jednotlivých zařízeních laboratoří Argonne. Pracovali na tom ve výzkumných centrech Advanced Photon Source (APS), Center for Nanoscale Materials (CNM), a také v Argonne's Laboratory Computing Resource Center (LCRC). Badatelé detailně sledovali průběh elektrochemické reakce ve vysokém rozlišení, testovali a modelovali. Teď je čeká spolupráce s průmyslovými partnery a uplatnění slibné technologie v praxi.

 

Literatura

Argonne National Laboratory 5. 8. 2020.

Nature Energy online 27. 7. 2020.

Datum: 11.08.2020
Tisk článku

Matematické minutovky pro 5. ročník / 1. díl - Molnár Josef
 
 
cena původní: 28 Kč
cena: 28 Kč
Matematické minutovky pro 5. ročník / 1. díl
Molnár Josef
Související články:

Nová důmyslná molekula recykluje oxid uhličitý z atmosféry jako divá     Autor: Stanislav Mihulka (18.03.2017)
Nový pevný katalyzátor exceluje v rozkládání vody na vodík a kyslík     Autor: Stanislav Mihulka (03.08.2017)
Katalyzátor z nanomědi recykluje oxid uhličitý na ethen     Autor: Stanislav Mihulka (18.01.2018)



Diskuze:

Zní to hezky

Pavel Aron,2020-08-12 17:18:14

Zní to hezky ale stále je to jen skladování přebytečné elektrické energie hlavně z solárů a větrníků.
Výhodou je fakt, že skladování etanolu je rozhodně bezpečnější než u vodíku.
Důležitá bude celková emergetická a ekonomická bilance. Nezapomeňme, že ten mědený katalyzátor se také musí vyrobit za spotřeby energie. Bude sice recyklovatelný ale opět spotřeba energie.

Odpovědět

pokud je to pravda

Miroslav Kroupa,2020-08-11 18:08:02

pak v noci výroba etanolu a ve dne na něj jedem, na zdraví!

Odpovědět


Re: pokud je to pravda

Jan Adamek,2020-08-12 07:52:39

Etanol stačí pri skladovaní ochrániť, aby ho niekto tajne nevypil. Skladovať vodík je oveľa ťažšie.

Odpovědět


Re: pokud je to pravda

Jiří Pospíšil,2020-08-17 00:13:04

Někteří na něj jedou furt.

Odpovědět

Žádná bomba,

jaroslav mácha,2020-08-11 17:23:48

zákon zachování energie samozřejmě platí. Spotřeba energie na vznik etanolu z co2 a vody je stejná jako spalné teplo etanolu. Energie je dodávána spotřebou elektřiny. Katalyzátor může zrychlit ustavení rovnováhy, na energii reakce vliv nemá. Stejně tak vymýšlení složitých reakčních kliček na výrobu vodíku nemůže energii ušetřit, jde nejvýš využít oxidaci jiného substrátu, třeba uhlí, pro tvorbu vodíku. Aneb foukání vodní páry přes žhavé uhlí čili generace vodního plynu sice zlevní výrobu vodíku, jenže užívá produkci co2.

Odpovědět


Re: Žádná bomba,

Bohumil S.,2020-08-11 17:39:43

Ten katalyzátor má asi hlavně zajistit, aby jim v reakci vznikal ethanol a ne jiná látka. CO2 by jinak do reakce pravděpodobně nevstupoval a dosáhli by tak leda elektrolýzy vody.
Dokud se ale nevytasí s účinností a reálnou ekonomikou výroby, budu to považovat za pouhý magnet na granty. Ze smrtícího CO2 vyrábět palivo - no nezadotuj to!

Odpovědět


Re: Re: Žádná bomba,

Mojmir Kosco,2020-08-11 17:50:36

co2 není smrtící .....Jak psáno účinnost bude rozhodující.

Odpovědět


Re: Re: Žádná bomba,

Jan Novák9,2020-08-11 18:50:14

Pozor ať vás váš smrtící CO2 při výdechu nezabije :-)

Jinak ke článku: výroba tekutého paliva je jediné rozumné využití nespolehlivé obnovitelné energie. Palivo má vysokou energetickou hodnotu,snadno se skladuje a dopravuje a může být použito když je potřeba a ne když zrovna náhodou fouká. Jenom v tomto případě bude etanol smíchaný s vodou což je i hlavní nevýhoda jeho výroby kvašením. Olej by byl lepší.

I kdyby účinnost byla mizerná, vzhledem k tomu že byste na to použil energii která má nulovou nebo i zápornou cenu tak to může fungovat. Anglie platí miliony větrným farmám aby nevyráběly energii (když fouká nemají kapacitu na přenos), stejně tak Německé větrné farmy dokážou srazit cenu energie pod nulu.

Odpovědět


Re: Re: Re: Žádná bomba,

Bohumil S.,2020-08-11 19:40:01

Při výdechu by můj vydechovaný CO2 mohl zabít hlavně lidi v mém okolí. Proto zásadně nosím respirátor s VÝDECHOVÝM filtrem naplněným granulovaným KOH. Ten na sebe spolehlivě naváže nejen můj CO2, ale také H2O, což je další smrtící látka. Smrtící mechanismus H2O je shodou okolností stejný jako u CO2 (vytěsnění vzduchu z plic). A to ani nemluvím o tom, že v obou dvou případech jde o majoritní skleníkové plyny.

S tou účinností máte samozřejmě pravdu, ale jen do té míry, dokud bude ekonomický výtěžek z paliva vyšší než náklady na výrobu a údržbu onoho zařízení. Zkrátka by to musela být opravdu hodně levná technologie. Když bude účinnost mizerná (jednotky procent a méně), můžou rovnou už dnes pomocí přebytečné elektřiny s podobnou účinností vyrábět vodík. Ale vyrábět zařízení, které bude 3/4 času odstavené, protože zrovna nebude energetická špička, také není zrovna ekonomické.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Žádná bomba,

Jan Novák9,2020-08-12 07:39:53

"Ale vyrábět zařízení, které bude 3/4 času odstavené, protože zrovna nebude energetická špička, také není zrovna ekonomické."

To máte sice pravdu, ale nevšiml jsem si že by to zeleným mozkům vadilo. Příklad: tepelné elektrárny v pohotovostním režimu, plynové turbíny roztočené kdyby přestalo foukat.

Ekonomický výtěžek nižší než náklady na výrobu a údržbu zařízení přestane být překážkou jakmile na to někdo nalepí nálepku "eko", a to i v případě že to jde zjevně proti ekologii jako biopaliva nebo velká elektrárna v Anglii spalující dřevo z Brazilského pralesa.

Vodík je podle mě slepá ulička vzhledem k nákladům na jeho skladování. I do rakety se čerpá těsně před startem.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Žádná bomba,

Mojmir Kosco,2020-08-14 09:34:37

Je fakt že zdrojů k výrobě elektřiny mame dost.Se skladováním el. je to bída. Tvrzení že 2/3 se vyrábí el. jako přebytek se mi zdá jako skutečnost která tady je po celou dobu energetiky ( proto svítí celé země , podporujou se bojlery noční výroba, takže technokrati nás dovedli do bodu kdy vyrábíme i když nemusíme (velká výhoda OZE vypnete a zapnete poměrně rychle (za příznivých podmínek, TE a JE nezapnete rychle nikdy , u plynu to bude asi jiné) . Zde zmíněna technologie (po zhodnocení účinnosti) muže fungovat jako akumulátor energie ( bez nutnosti kvašení - výroby cukrů ).

Odpovědět


Re: Žádná bomba,

Florian Stanislav,2020-08-12 00:14:31

-->J.Mácha píše :"Spotřeba energie na vznik etanolu z CO2 a vody je stejná jako spalné teplo etanolu."
Zákon zachování energie jistě, jde ale o využití přebytku solární energie a ethanol je skoro ideální na skladování.
Asi se myslí reakční teplo dodané pro endotermickou reakci, spotřeba energie je podstatně větší kvůli ztrátám energie ve výrobě. Hodně záleží na teplotě, při níž se reakce provádí. Obecně endotermická reakce: dodáním tepla se podpoří rovnováha (tím i účinnost výroby) ve prospěch produktů, zde ethanolu. Katalyzátor snižuje aktivační energii ( u plynů často zachytí molekuly dočasně na povrchu), tedy i množství tepla potřebného pro podporu endotermické reakce.
Cesta k využití objevu může být dlouhá. Věk elektřiny začal škubáním žabích stehýnek na měděném háku na mosazném zábradlí, takže k notebooku, do kterého koukáme to bylo ještě kus cesty.

Odpovědět

Bomba

Pavel Trávník,2020-08-11 14:41:58

Pokud v tom nebude nějaký zakopaný pes, je to podle mého názoru naprostý zlom v energetice. Takto vyrobený etanol může sloužit jako surovina i jako mobilní zásoba energie. Místo vodíkové etanolová energetika?

Odpovědět


Re: Bomba

Bohumil S.,2020-08-11 15:14:16

Zajímavé to rozhodně je, ale zakopaných psů v tom může být jako obvykle hned několik. Neznáme energetickou účinnost, cenu a životnost katalyzátoru, citlivost na znečištění vstupních surovin (vysoce čisté látky jsou nákladné). Pokud nebude účinnost přeměny v řádu desítek procent, můžeme zůstat u pěstování energetických plodin.

Odpovědět


Re: Re: Bomba

Jan Novák9,2020-08-11 19:21:22

Pochybuju že to může mít nižší účinnost než pěstování energetických plodin. Tam je totiž energetická účinnost záporná. Spotřebuje se víc ropy než se vyrobí etanolu. Pokud se k výrobě použije energie větru nebo ze slunce která má velice nízkou skutečnou hodnotu (i když vysokou cenu)...
Taky ohromná plocha kterou pěstování energetických plodin vyžaduje by mohla být využita lépe i kdyby byla jen zalesněna.

Odpovědět


Re: Re: Re: Bomba

Bohumil S.,2020-08-11 19:54:45

Pokud na výrobu toho elektrokatalyzátoru spotřebujete více energie než kolik bude obsaženo ve veškerém etanolu, který to za svoji životnost vyprodukujete, budete na tom úplně stejně jako s těmi energetickými plodinami.

Já pěstování energetických plodin rozhodně nepodporuji. Spíše jsem chtěl poukázat na to, že pokud to nebude dostatečně efektivní a levná technologie, bude to stejně nerozumné řešení.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Bomba

Jan Novák9,2020-08-12 07:52:15

Pokud to bude spotřebovávat zbytečnou energii která dělá bordel v síti místo osetí tisíce hektarů půdy energetickýni plodinami, je to pro mě plus.
Pokud jde o peníze, ty ekošílenci utratí tak jako tak - když ne na tohle tak na nějaký jiný nesmysl - tady jsem ztratil naději na vítězství rozumu.
Je to psychologická záležitost. Aby jim to udělalo dobře a uklidnilo jejich rozjitřené svědomí musí to být černá díra na peníze - pokud je to ziskové tak to pro ně nebude fungovat.
Nebo to musí být alespoň ponižující jako neexistující "Bílé privilegium".

Odpovědět


Re: Bomba

Vlasta Holeček,2020-08-11 16:02:17

Kdyby to bylo reálně použitelné, jedná se skutečně o zásadní zlom. Problém je, že já na zázraky nevěřím a tohle nemá od zázraku daleko. A ještě dál je často od laboratorních postupů k průmyslovému provozu.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace