Un catalizzatore economico a base di zucchero ha la capacità di distruggere l’anidride carbonica

Il nuovo catalizzatore potrebbe fornire una potenziale soluzione per l’utilizzo del carbonio catturato.

Un nuovo catalizzatore costituito da un metallo poco costoso e abbondante, il comune zucchero da tavola, ha la capacità di distruggere l’anidride carbonica (CO2).₂) Gas.

In un nuovo studio condotto dalla Northwestern University, il catalizzatore ha convertito con successo l’anidride carbonica₂ al monossido di carbonio (CO), un elemento importante per la produzione di una varietà di sostanze chimiche benefiche. Quando la reazione avviene in presenza di idrogeno, ad esempio CO₂ L’idrogeno viene convertito in gas sintetico (o syngas), un materiale prezioso per la produzione di carburante in grado di sostituire la benzina.

Con i recenti progressi nelle tecnologie di cattura del carbonio, la cattura del carbonio post-combustione è diventata un’opzione ragionevole per contribuire ad affrontare la crisi globale del cambiamento climatico. Ma come gestire il carbonio catturato rimane una questione aperta. Il nuovo catalizzatore fornisce potenzialmente una soluzione per eliminare il potente gas serra convertendolo in un prodotto di maggior valore.

Lo studio sarà pubblicato nel numero del 3 maggio della rivista Scienze.

“Anche se smettessimo di emettere anidride carbonica₂ Ora, la nostra atmosfera conterrà ancora un eccesso di anidride carbonica₂ “È il risultato delle attività industriali dei secoli passati”, ha affermato Milad Khoshoui della Northwestern University, che ha co-diretto lo studio. “Non esiste un’unica soluzione a questo problema: dobbiamo ridurre l’anidride carbonica₂ emissioni E Trovare nuovi modi per ridurre l’anidride carbonica₂ Concentrazione già presente nell’atmosfera. Dobbiamo sfruttare tutte le soluzioni possibili”.

Questo diagramma mostra il processo completo di creazione di un catalizzatore e di utilizzo per convertire l’anidride carbonica. Credito: Milad Khoshoui

“Non siamo il primo gruppo di ricerca a convertire l’anidride carbonica₂ “Passiamo a un altro prodotto”, ha detto Omar K.. Farha, della Northwestern University, è l’autore senior dello studio. “Tuttavia, affinché il processo sia veramente pratico, è necessario un catalizzatore che soddisfi diversi criteri critici: convenienza, stabilità, facilità di produzione e scalabilità. Il bilanciamento di questi quattro elementi è fondamentale. Fortunatamente, il nostro materiale eccelle nel soddisfare questi requisiti.

Esperto di tecnologie per la cattura del carbonio, Farha è professore di chimica Charles E. ed Emma H. ​​Morrison al Weinberg College of Arts and Sciences della Northwestern. Dopo aver iniziato questo lavoro con un dottorato di ricerca. Khoshwai è candidato all’Università di Calgary in Canada e ora è ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Farha.

Soluzioni dal negozio

Il segreto del nuovo catalizzatore è il carburo di molibdeno, un materiale ceramico estremamente duro. A differenza di molti altri catalizzatori che richiedono metalli costosi, come il platino o il palladio, il molibdeno è un metallo poco costoso e non prezioso, abbondante sulla Terra.

Per convertire il molibdeno in carburo di molibdeno, gli scienziati avevano bisogno di una fonte di carbonio. Hanno scoperto un’opzione economica in un luogo inaspettato: la dispensa. Sorprendentemente, lo zucchero – il tipo bianco e granulare che si trova in quasi tutte le famiglie – fungeva da fonte conveniente ed economica di atomi di carbonio.

“Ogni giorno in cui cercavo di produrre questi materiali, portavo lo zucchero da casa mia al laboratorio”, ha detto Khoshoui. “Rispetto ad altre classi di materiali comunemente utilizzati nei catalizzatori, i nostri prodotti sono incredibilmente economici”.

Selettività con successo e stabile

Durante il test del catalizzatore, Farha, Khoshoui e i loro collaboratori sono rimasti colpiti dal suo successo. Funziona a pressione ambiente e temperature elevate (300-600 gradi). Centigrado), il catalizzatore convertito CO₂ all’anidride carbonica con selettività del 100%.

Un’elevata selettività significa che il catalizzatore funziona solo con anidride carbonica₂ Senza danneggiare i materiali circostanti. In altre parole, l’industria può applicare il catalizzatore a grandi quantità di gas catturati e colpire selettivamente solo il biossido di carbonio.₂. Il catalizzatore inoltre è rimasto stabile nel tempo, ovvero è rimasto attivo e non si è decomposto.

“In chimica, non è raro che un catalizzatore perda la sua selettività dopo poche ore”, ha detto Farha. “Ma dopo 500 ore in condizioni difficili, la sua selettività non è cambiata”.

Ciò è particolarmente degno di nota perché CO₂ È una molecola stabile e tenace.

“Conversione della CO2₂ “Non è facile”, ha detto Khoshuai. “Ko₂ È una molecola chimicamente stabile e abbiamo dovuto superare questa stabilità, che richiede molta energia.

L’approccio tandem alla pulizia del carbonio

Lo sviluppo dei materiali necessari per catturare il carbonio è l’obiettivo principale di Farha Lab. Il suo gruppo sta sviluppando strutture metallo-organiche (Strutture metallo-organiche), una classe di materiali altamente porosi e di dimensioni nanometriche che Farha paragona a “spugne da bagno sofisticate e programmabili”. Farha sta esplorando i MOF per diverse applicazioni, inclusa la cattura del biossido di carbonio₂ Direttamente dall’aria.

Ora, Farha afferma che il MOF e il nuovo catalizzatore potrebbero lavorare insieme per svolgere un ruolo nella cattura e nel sequestro del carbonio.

“Ad un certo punto, potremmo usare i MOF per catturare l’anidride carbonica, seguiti da un catalizzatore per convertirla in qualcosa di più utile”, ha suggerito Farha. “Un sistema tandem che utilizza due materiali diversi per due passaggi sequenziali potrebbe essere la strada da seguire”.

“Questo può aiutarci a rispondere alla domanda: cosa facciamo con l’anidride carbonica catturata?₂“Khushui ha aggiunto. “In questo momento, il piano è quello di isolarlo nel sottosuolo, ma i serbatoi sotterranei devono soddisfare diversi requisiti per immagazzinare l’anidride carbonica in modo sicuro e permanente”.₂. Volevamo progettare una soluzione più universale che potesse essere utilizzata ovunque aggiungendo valore economico.

Riferimento: “Catalizzatore di carburo di molibdeno cubico attivo e stabile per una reazione di trasformazione reversibile di gas acqua ad alta temperatura” di Milad Ahmadi Khoshui, Shijun Wang, Gerardo Vitale, Philip Formalek, Kent O. Kerlikovalli, Randall Q. Senor, Pedro Pereira-Almao, and Omar K. Farha, 2 maggio 2024, Scienze.
doi: 10.1126/science.adl1260

Questo studio è stato sostenuto dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, dalla National Science Foundation e dal Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada.