Catalizatorii accelerează reacțiile chimice şi stau la temelia multor procese industriale.
De exemplu, ei sunt esențiali la transformarea petrolului greu în benzină sau kerosen pentru motoarele reactive.
Astăzi, catalizatorii sunt implicați la producerea a peste 80 la sută din toate produsele fabricate.
O echipă de cercetare, condusă de Laboratorul Național Argon din cadrul Departamentului de Energie al SUA (DOE), în colaborare cu Universitatea Illinois, a descoperit (en) un nou electrocatalizator ce transformă dioxidul de carbon (CO2) şi a apei în etanol cu o eficienţă energetică foarte ridicată, o selectivitate ridicată pentru produsul final dorit şi cost redus.
Vedeţi şi: Oamenii de știință au construit o “frunză artificială” ce produce combustibil sintetic curat
Etanolul este un produs deosebit de dorit, deoarece este un ingredient ce intră în compoziția aproape a întregii benzine din SUA şi este utilizat pe scară largă ca produs intermediar în industria chimică, farmaceutică şi cosmetică.
“Procesul rezultat din cataliza noastră ar trebui să contribuie la economia circulară a carbonului, ceea ce implică reutilizarea dioxidului de carbon”, a spus Di-Jia Liu (en), chimist principal al departamentului de Științe Chimice a Argonului şi Ingineriei şi om de știință la UChicago CASE din cadrul Şcolii Pritzker pentru Inginerie Moleculară la Universitatea din Chicago.
Procesul va realiza acest lucru prin transformarea electrochimică a CO2-ului emis din cadrul proceselor industriale, cum ar fi centralele cu combustibil fosil şi instalațiile de fermentare a alcoolului, în produse valoroase la costuri rezonabile.
Vedeţi şi: Oamenii de știință au transformat CO2-ul în cărbune într-un experiment de captare a carbonului
Catalizatorul echipei constă din cupru descompus anatomic pe un suport de pulbere de carbon.
Printr-o reacție electrochimică, acest catalizator descompune molecule de CO2 şi apă şi reasamblează selectiv moleculele rupte în etanol sub un câmp electric extrem.
Vedeţi şi: Cercetătorii au găsit o modalitate de a transforma CO2 în plastic cu o eficienţă fără precedent
Selectivitatea electrocatalitică sau aşa numita “eficienţa Faradaică” a procesului este de peste 90 la sută, mult mai ridicată decât la orice alt proces raportat.
Mai mult decât atât, catalizatorul funcționează stabil timp de o perioadă îndelungată la tensiune joasă.
“În cadrul acestei cercetări, noi am descoperit un nou mecanism catalitic pentru convertirea dioxidului de carbon şi a apei în etanol”, a spus Tao Xu (en), profesor în chimia fizică şi nanotehnologie de la Universitatea Illinoisului de Nord.
“De asemenea, mecanismul ar trebui să ofere o bază pentru dezvoltarea unui electrocatalizator de înaltă eficienţă la conversia dioxidului de carbon într-o gamă vastă de substanțe chimice cu valoare adăugată”.
Deoarece CO2 este o moleculă stabilă, transformarea acesteia într-o altă moleculă diferită, în mod normal necesită multă energie şi este costisitor.
Vedeţi şi: Oamenii de ştiinţă au găsit o modalitate de a face minerale care pot elimina CO2 din atmosferă
Cu toate acestea, potrivit lui Liu (en), “Noi am putea cupla procesul electrochimic de conversie CO2 – etanol folosind catalizatorul nostru în rețeaua electrică şi să profităm de electricitatea cu costuri reduse disponibile din surse regenerabile în orele de vârf, cum ar fi energia solară şi eoliană”.
Deoarece procesul se desfășoară la temperaturi şi presiuni scăzute, acesta se poate începe şi opri rapid ca răspuns la furnizarea intermitentă a electricității regenerabile.
Vedeţi şi: O nouă tehnologie ecologică generează electricitate “din aer”
Cercetările echipei au beneficiat de două oficii DOE cu Dispozitive pentru Utilizatorii Științifici la Laboratorul Argon — Advanced Photon Source (APS) și Center for Nanoscale Materials (CNM) — precum şi, Centrul de Resurse de Calcul a Laboratorului Argon (LCRC).
“Datorită fluxului de fotoni ridicat al fasciculelor de raze X la APS, noi am surprins modificările structurale ale catalizatorului în timpul reacției electrochimice”, a spus Tao Li (en), profesor asistent la Departamentul de Chimie şi Biochimie de la Universitatea Illinois de Nord şi un om de știință de la departamentul de științe cu raze X de Argon.
Aceste date, de rând cu microscopia electronică de înaltă rezoluție la CNM şi modelarea computațională cu utilizarea LCRC a relevat o transformare reversibilă de la cupru descompus atomic la grupuri de trei atomi de cupru, fiecare la aplicarea unei tensiuni joase.
Cataliza CO2 – etanol are loc pe aceste mici grupuri de cupru.
Această constatare face mai mult lumină asupra modalităților de îmbunătățire a catalizatorului prin proiectarea rațională.
“Noi am pregătit mai mulți catalizatori noi utilizând această abordare şi am constatat că toți sunt extrem de eficienți la transformarea CO2-ului în alte hidrocarburi”, a spus Liu (en).
“Noi planificăm să continuăm această cercetare în colaborarea cu industria pentru a avansa această tehnologie promițătoare”.
Multe cercetari, putine realizari, niciun procedeu de obtinere de combustibili nu poate concura folosirea combustibililor fosili dpdv al costurilor-randamentelor.
Zisa poluare este cu adevarat o problema; ar fi folositor sa se gaseasca metode de reducere a emanatiilor de noxe nu de inlocuire a motoarelor cu combustie interna prin experimente costisitoare si poate la fel de poluatoare in final-baterille electro-chimice trebuiesc reciclate. Poate, candva, se va inventa un motor care chiar sa concureze pe cele cu ardere interna. Deocamdata nu exista nici in principiu.