नवम्बर 30, 2020

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How To Turn Carbon Dioxide Into Liquid Fuel

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carbon dioxide to liquid fuel
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हम बात करने वाले हे की carbon dioxide – कार्बन डाइऑक्साइड गैस को कैसे तरल ईंधन liquid fuel स्वरूप में बदला गया, नया Electrocatalyst कुशलतापूर्वक (efficiently) कार्बन डाइऑक्साइड (carbon dioxide ) को इथेनॉल में परिवर्तित करता है ।

नया Electrocatalyst कुशलतापूर्वक (efficiently) कार्बन डाइऑक्साइड को इथेनॉल में परिवर्तित करता है।

उत्प्रेरक (Catalysts) रासायनिक प्रतिक्रियाओं को गति देते हैं और कई औद्योगिक प्रक्रियाओं की रीढ़ (backbone) बनाते हैं। उदाहरण के लिए, वे भारी तेल को गैसोलीन या जेट ईंधन में बदलने के लिए आवश्यक हैं।

आज, उत्प्रेरक (Catalysts) सभी निर्मित उत्पादों में 80% से अधिक में शामिल हैं ।

Northern Illinois University के सहयोग से अमेरिकी ऊर्जा विभाग (DOE) आर्गन नेशनल लेबोरेटरी के नेतृत्व में एक शोध दल ने एक नया Electrocatalyst खोजा है जो कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) और पानी को इथेनॉल में परिवर्तित करके बहुत अधिक ऊर्जा दक्षता (high energy efficiency), उच्च चयनात्मकता (high selectivity) प्रदान करता है।

इथेनॉल एक विशेष रूप से वांछनीय वस्तु (desirable commodity) है क्योंकि यह लगभग सभी अमेरिकी गैसोलीन में एक घटक (ingredient) है और व्यापक रूप से रसायन, दवा और सौंदर्य प्रसाधन उद्योगों में एक मध्यवर्ती उत्पाद (intermediate product) के रूप में उपयोग किया जाता है।

“हमारे उत्प्रेरक ( Catalysts ) के परिणामस्वरूप होने वाली प्रक्रिया परिपत्र कार्बन अर्थव्यवस्था (circular carbon economy) में योगदान करेगी, जो कार्बन डाइऑक्साइड के पुन: उपयोग को मजबूर करती है।” – Di-Jia Liu, senior chemist in Argonne’s Chemical Sciences and Engineering division and a UChicago CASE scientist.

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यह प्रक्रिया औद्योगिक रूप से औद्योगिक प्रक्रियाओं (industrial processes) से उत्सर्जित CO2, जैसे जीवाश्म ईंधन बिजली संयंत्रों (fossil fuel power plants) या अल्कोहल किण्वन संयंत्रों (alcohol fermentation plants), को उचित मूल्य पर मूल्यवान वस्तुओं में परिवर्तित करके ऐसा करेगी ।

टीम के उत्प्रेरक (Catalysts) में कार्बन-पाउडर समर्थन (carbon-powder support) पर परमाणु रूप से बिखरे हुए तांबे (atomically dispersed copper) होते हैं। एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया द्वारा, यह उत्प्रेरक (Catalysts) CO2 और पानी के अणुओं को तोड़ता है और चुनिंदा अणुओं को एक बाहरी विध्युतक्षेत्र के तहत इथेनॉल में बदल देता है।

Electrocatalytic selectivity, या “Faradaic efficiency,” प्रक्रिया किसी भी लिखित प्रक्रिया से 90% अधिक है। क्या अधिक है, उत्प्रेरक (Catalysts) कम वोल्टेज पर विस्तारित ऑपरेशन (extended operation) पर सख्ती (stably) से काम करता है।

“इस शोध के साथ, हमने कार्बन डाइऑक्साइड और पानी को इथेनॉल में परिवर्तित करने के लिए एक नया उत्प्रेरक तंत्र (catalytic mechanism) की खोज की है, “said Tao Xu, a professor in physical chemistry and nanotechnology from Northern Illinois University” तंत्र भी मूल्य वर्धित रसायन (value-added chemicals) की एक विशाल श्रेणी के लिए कार्बन डाइऑक्साइड रुपांतरण के लिए अत्यधिक कुशल एलेक्ट्रोकाटलिट्स (highly efficient electrocatalysts) के विकास के लिए एक आधार प्रदान करना चाहिए।”

क्योंकि CO2 एक स्थिर अणु है, इसे एक अलग अणु में बदलना आमतौर पर ऊर्जा गहन (energy intensive) और महँगा है।

हालांकि, Di-Jia Liu के अनुसार,” हम अपने उत्प्रेरक (Catalysts) का उपयोग इलेक्ट्रिक ग्रिड में CO2 से इथेनॉल रुपांतरण की विध्युत रासायनिक प्रक्रिया से कर सकते हैं।

सौर और पवन जैसे अक्षय स्रोतों (renewable sources) से उपलब्ध कम लागत वाली बिजली का लाभ उठा सकते हैं।” क्योंकि प्रक्रिया कम तापमान और दबाव पर चलती है, यह अक्षय बिजली (renewable electricity) की आंतरायिक आपूर्ति (intermittent supply) के जवाब में तेजी से शुरू और बंद हो सकती है।

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टीम के शोध को दो DOE Office of Science User Facilities at Argonne – Advanced Photon Source (APS) और Center for Nanoscale Materials (CNM) – साथ ही Argonne’s Laboratory Computing Resource Center (LCRC) से लाभ हुआ।”

Advanced Photon Source (APS) के एक्स-रे बीम के उच्च फोटोन प्रवाह (high photon flux) के लिए धन्यवाद, हम विध्युत प्रतिक्रिया के दौरान उत्प्रेरक (catalyst) की संरचनात्मक परिवर्तन (structural changes) पर कब्जा कर लिया है, ” said Tao Li, an assistant professor in the Department of Chemistry and Biochemistry at Northern Illinois University and an assistant scientist in Argonne’s X-ray Science division.

CNM पर उच्च-रिज़ॉल्यूशन (high-resolution) इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और LCRC का उपयोग कर कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग के साथ इन आंकड़ों ने कम वोल्टेज के आवेदन पर प्रत्येक तांबे के परमाणु से तीन तांबा परमाणुओं के गुच्छे (clusters) में एक प्रतिवर्ती परिवर्तन (reversible transformation) का पता चला।

CO2 से इथेनॉल उत्प्रेरक (catalyst) इन छोटे तांबे के समूहों पर होता है। यह खोज तर्कसंगत डिज़ाइन (rational design) के माध्यम से उत्प्रेरक (catalyst) को और बेहतर बनाने के तरीकों पर प्रकाश डाल रही है।

“हमने इस दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए कई नए उत्प्रेरक (catalyst) तैयार किए हैं और पाया है कि CO2 को अन्य हाइड्रोकार्बन में परिवर्तित करने में वे सभी अत्यधिक कुशल (highly efficient) हो जाते हैं ,”Di-Jia Liu ने कहा” हमें उद्योग के सहयोग से इस शोध जारी रखने के लिए इस तकनीक को और जानने की जरुरत है।”

अनुसंधान (research) के लिए समर्थन DOE Office of Science और DOE Office of Basic Energy Sciences द्वारा प्रदान किए गए Argonne’s Laboratory Directed Research and Development (LDRD) फंड से आया है।

एक वैज्ञानिक पत्रिका, ​“Highly selective electrocatalytic CO2 reduction to ethanol by metallic clusters dynamically formed from atomically dispersed copper,” जुलाई 2020 में छपी Issue of Nature Energy। Di-Jia Liu और Tao Xu के अलावा, लेखकों में Haiping Xu, Dominic Rebollar, Haiying He, Lina Chong, Yuzi Liu, Cong Liu, Cheng-Jun Sun, Tao Li, John V. Muntean और Randall E. Winans भी शामिल हैं।

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