Astudiaeth newydd yn diffinio'r deunyddiau gorau ar gyfer dal carbon a dethol methan

Amcan cynhyrchwyr nwy naturiol yw tynnu cymaint o fethan â phosib o ffynnon gan wahanu cymaint o garbon deuocsid â phosib, a chânt ddefnyddio hidlyddion sy'n optimeiddio naill ai dal carbon neu lif methan.

Nid oes unrhyw hidlydd unigol sy'n gallu bodloni'r ddau ofyniad ond, o ganlyniad i waith gwyddonwyr ym Mhrifysgol Abertawe a Phrifysgol Rice Texas, maent bellach yn gwybod sut i fireinio deunyddiau sugno i ddiwallu eu hanghenion.

Mae addasiadau cynnil wrth weithgynhyrchu deunydd sugno carbon ar sail polymer wedi creu'r deunydd mwyaf adnabyddus ar gyfer dal nwy tŷ gwydr neu fantoli dal carbon â dethol methan, yn ôl y cemegydd, yr Athro Andrew Barron o Brifysgol Abertawe a Phrifysgol Rice.

Mae'r manylion wedi'u cynnwys mewn papur i’w gyhoeddi'r mis hwn gan yr Athro Barron a gwyddonydd ymchwil o Brifysgol Rice, Saunab Ghosh yng nghyfnodolyn y Gymdeithas Frenhinol, Sustainable Energy and Fuels.

"Yr her yw dal cymaint o garbon â phosib gan ganiatáu i fethan lifo drwodd o dan bwyseddau pen ffynnon nodweddiadol," meddai'r Athro Barron. "Rydym wedi diffinio'r paramedrau mewn map sy'n rhoi'r set orau o opsiynau hyd yn hyn i'r diwydiant."

Canfu gwaith blaenorol gan y labordy nad oedd hidlyddion carbon yn gallu dal carbon y tu hwnt i arwynebedd o 2,800 o fetrau sgwâr y gram a chyfaint mandyllau o 1.35 centimetr ciwbig y gram. Maent wedi darganfod hefyd nad oedd y deunydd gorau ar gyfer dal carbon yn cyflawni'r cydbwysedd gorau rhwng dal carbon a dethol methan. O ganlyniad i'r gwaith newydd, maent yn gwybod sut i addasu'r deunydd ar gyfer un diben neu'r llall, yn ôl yr Athro Barron.

Activated, sulfur-containing porous carbon sample (Rice University)Mae llun o ficrosgop sganio electronau ar y chwith llun cydraniad uchel o ficrosgop trawsyrru electronau yn dangos sampl actifedig o garbon mandyllog sy'n cynnwys sylffwr. Gellir addasu'r deunydd a grëwyd ym Mhrifysgol Rice i fantoli gallu i ddal carbon deuocsid a dethol methan. (Cydnabyddiaeth: Grŵp Ymchwil Barron/Prifysgol Rice)

 

  

 

 

"Mae'r dull traddodiadol wedi cynhyrchu deunyddiau â chyfaint mandyllau cynyddol a chysylltu hyn â deunydd sugno gwell; fodd bynnag, mae'r broses yn ymddangos ychydig yn fwy cynnil," meddai.

Cynhyrchodd y labordy ei hidlyddion diweddaraf drwy wresogi rhagsylweddyn polymer ac wedyn ei drin ag adweithydd actifiant cemegol o botasiwm, ocsigen a hydrogen, sef KOH. Wrth bobi'r polymer gyda KOH ar dymereddau dros 500 gradd Celsius (932 gradd Farenheit) mae'n troi'n hidlydd mandyllog iawn, llawn sianelau nanoraddfa sy'n gallu dal carbon.

Y gymhareb rhwng KOH a'r polymer oedd y ffactor allweddol wrth bennu nodweddion yr hidlydd terfynol. Mae cynhyrchu hidlyddion â chymhareb KOH a pholymer 3:1 yn creu arwynebedd o 2,700 metr sgwâr y gram, gan uchafu swm y carbon y gellir ei ddal dan bwyseddau o 5 i 30 bar. (Mae un bar ychydig yn llai na'r gwasgedd atmosfferig ar lefel y môr).

Roedd gan yr hidlyddion a gynhyrchwyd â chymhareb KOH i bolymer o 2:1 arwynebedd llai - 2,200 o fetrau sgwâr y gram - a chyfaint mandyllau is. Arweiniodd hynny at y cyfuniad optimaidd o allu i ddal carbon a dethol methan.

Roedd maint y mandyllau'n allweddol hefyd. Roedd gan yr hidlyddion â'r gallu mwyaf i ddal carbon y gyfran fwyaf o fandyllau llai na 2 nanometr. Roedd mandyllau mwy yn well ar gyfer dethol methan.

"Ymddengys fod cyfaint cyffredinol y mandyllau yn llai pwysig na nifer cymharol y mandyllau o feintiau penodol," meddai'r Athro Barron. "Ein nod oedd creu canllaw i helpu ymchwilwyr a diwydiant i ddylunio deunyddiau gwell.

"Yn ogystal â defnyddio'r deunyddiau hyn at ddiben gwahanu carbon deuocsid o nwy naturiol, maent hefyd yn fodelau ar gyfer gwahanu carbon deuocsid o ffynhonnell naturiol. Dyma gyfeiriad ein hymchwil yn y dyfodol."

Yr Athro Barron yw Athro Cemeg Charles W. Duncan Jr.-Welsh, ac mae'n athro gwyddor deunyddiau a nanobeirianneg ym Mhrifysgol Rice.

Cefnogwyd yr ymchwil gan Apache Corp., Rhaglen Sêr Cymru Llywodraeth Cymru a Sefydliad Robert A. Welch.

Gellir darllen y crynodeb yn http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/se/c6se00102e#!divAbstract

Cyhoeddwyd yr erthygl newyddion hon gyntaf gan Brifysgol Rice.