En un día cualquiera más de 2 millones de libras de dióxido de carbono se bombean a la atmósfera desde las fábricas, emisiones de automóviles y camiones y la quema de carbón y gas natural para generar electricidad.

Para muchos, es motivo de preocupación medioambiental, pero para Haotian Wang, es la materia prima perfecta.

Miembro del Rowland Institute de Harvard, Wang y su equipo de investigación han desarrollado un sistema que utiliza electricidad renovable para transformar electroquímicamente el dióxido de carbono en monóxido de carbono, un producto clave que se utiliza en muchos procesos industriales. La eficiencia de conversión de energía de la luz solar a CO puede llegar al 12,7%, más de un orden de magnitud superior a la fotosíntesis natural. El dispositivo se describe en un artículo reciente publicado en Chem .

"Básicamente, qué es esto es una forma de fotosíntesis artificial, "Dijo Wang." En una planta, luz del sol, El CO2 y el agua se convierten en azúcar y oxígeno. En nuestro sistema, la entrada es la luz del sol, CO2 y agua, y producimos CO y oxígeno ".

Esa reacción tiene lugar en un dispositivo de apariencia sencilla, apenas del tamaño de un teléfono inteligente, que incluye dos cámaras llenas de electrolitos separadas por una membrana de intercambio iónico.

En un sitio, un electrodo alimentado por energía renovable oxida las moléculas de agua en gas oxígeno y libera protones. Estos protones se mueven a la otra cámara donde, con la ayuda de un catalizador metálico de un solo átomo cuidadosamente diseñado, se unen a moléculas de dióxido de carbono, creando agua y monóxido de carbono.

"El desafío es que la mayoría de los catalizadores conocidos tienden a producir gas hidrógeno, "Dijo Wang." Así que es difícil, cuando partes el agua, para evitar que esos protones se combinen para formar gas hidrógeno. Lo que necesitábamos era un catalizador que pudiera prevenir la evolución de hidrógeno y, en cambio, inyectar eficientemente esos protones en CO2, logrando así una alta selectividad para la reducción de CO2 ".

Desafortunadamente, los dos catalizadores más conocidos son el oro y la plata, metales preciosos que son muy costosos para hacer que la reacción sea rentable a gran escala.

"Así que comenzamos por buscar materiales de bajo costo como el níquel, hierro y cobalto, que son todos abundantes en la Tierra, "Kun Jiang dijo, quien es becario postdoctoral en el grupo Wang y el primer autor de este trabajo. "Pero el problema es que todos son muy buenos catalizadores de hidrógeno, por lo que quieren producir gas hidrógeno.

Además, todos pueden envenenarse fácilmente con monóxido de carbono, ", agregó." Incluso si logras usarlos para reducir el CO2, el CO resultante se une muy fuertemente a la superficie, evitando que se produzcan más reacciones ".

Para resolver esos problemas, Wang y sus colaboradores de Stanford, Prof. Yi Cui y Prof. Jens Nørskov, se puso a trabajar para "sintonizar" las propiedades electrónicas de los metales. Dra. Samira Siahrostami, un científico del grupo del profesor Nørskov racionalizó la naturaleza de los sitios activos mediante modelos a escala atómica y descubrió que la dispersión de metales de níquel en átomos individuales aislados, que están atrapados en las vacantes de grafeno, produjo un material que estaba ansioso por reaccionar con el dióxido de carbono y dispuesto a liberar el monóxido de carbono resultante.

Ese monóxido de carbono Wang dijo:luego se puede utilizar en una serie de procesos industriales.

"El monóxido de carbono es un producto industrial muy importante, ", Dijo Wang." Se puede utilizar en la producción de plásticos, para fabricar productos de hidrocarburos o puede quemarse como combustible en sí mismo. Se usa ampliamente en la industria ".

Por último, aunque, la esperanza es que algún día el sistema pueda ampliarse lo suficiente como para eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera en un esfuerzo por combatir el cambio climático global.

"La idea básica era si podemos capturar el CO2 existente y utilizar electricidad renovable, de energía solar o eólica, para reducirlo a productos químicos útiles, "Wang dijo, "entonces posiblemente podamos formar un bucle de carbono".