Imágenes HR-TEM para (a) ZnO-5, (b) ZnO-7 y (c) ZnO-9. Crédito: Materiales energéticos avanzados (2020). DOI:10.1002 / aenm.202001381
Los ingenieros químicos de UNSW Sydney han desarrollado una nueva tecnología que ayuda a convertir las emisiones nocivas de dióxido de carbono en componentes químicos para fabricar productos industriales útiles como combustibles y plásticos.
Y si se valida en un entorno industrial y se adopta a gran escala, el proceso podría dar al mundo un respiro en su transición hacia una economía verde.
En un artículo publicado hoy en la revista Materiales energéticos avanzados , El Dr. Rahman Daiyan y la Dra. Emma Lovell de la Escuela de Ingeniería Química de la UNSW detallan una forma de crear nanopartículas que promueven la conversión de residuos de dióxido de carbono en componentes industriales útiles.
Llama abierta
Los investigadores, quienes realizaron su trabajo en el Laboratorio de Investigación de Partículas y Catálisis dirigido por la Profesora de Scientia Rose Amal, muestran que al producir óxido de zinc a temperaturas muy altas usando una técnica llamada pirólisis por aspersión de llama (FSP), pueden crear nanopartículas que actúan como catalizador para convertir el dióxido de carbono en 'gas de síntesis', una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono que se utiliza en la fabricación de productos industriales. Los investigadores dicen que este método es más barato y más escalable para los requisitos de la industria pesada que lo que está disponible en la actualidad.
"Usamos una llama abierta, que arde a 2000 grados, para crear nanopartículas de óxido de zinc que luego se pueden usar para convertir CO 2 , usando electricidad, en syngas, "dice el Dr. Lovell.
"El gas de síntesis a menudo se considera el equivalente químico de Lego porque los dos componentes básicos, el hidrógeno y el monóxido de carbono, se pueden usar en diferentes proporciones para fabricar cosas como el diésel sintético, metanol, alcohol o plásticos, que son precursores industriales muy importantes.
"Básicamente, lo que estamos haciendo es convertir CO 2 en estos precursores que pueden usarse para fabricar todos estos químicos industriales vitales ".
Cerrando el ciclo
En un entorno industrial, Se podría usar un electrolizador que contenga las partículas de óxido de zinc producidas por FSP para convertir el CO residual 2 en permutaciones útiles de gas de síntesis, dice el Dr. Daiyan.
"Residuos de CO 2 de decir, una central eléctrica o una fábrica de cemento, puede pasar a través de este electrolizador, y en el interior tenemos nuestro material de óxido de zinc rociado a la llama en forma de electrodo. Cuando pasamos el CO residual 2 en, se procesa utilizando electricidad y se libera de una salida como gas de síntesis en una mezcla de CO e hidrógeno, " él dice.
Los investigadores dicen, en efecto, están cerrando el ciclo del carbono en los procesos industriales que generan gases de efecto invernadero nocivos. Y al hacer pequeños ajustes en la forma en que se queman las nanopartículas mediante la técnica FSP, pueden determinar la mezcla final de los componentes básicos del gas de síntesis producidos por la conversión de dióxido de carbono.
"En este momento, se genera gas de síntesis mediante el uso de gas natural, es decir, a partir de combustibles fósiles, "Dice el Dr. Daiyan." Pero estamos usando dióxido de carbono residual y luego lo convertimos en gas de síntesis en una proporción que depende de la industria en la que desee utilizarlo ".
Por ejemplo, una relación de uno a uno entre el monóxido de carbono y el hidrógeno se presta al gas de síntesis que se puede utilizar como combustible. Pero una proporción de cuatro partes de monóxido de carbono y una parte de hidrógeno es adecuada para la creación de plásticos, Dice el Dr. Daiyan.
Barato y accesible
Al elegir el óxido de zinc como catalizador, los investigadores han asegurado que su solución sigue siendo una alternativa más barata a lo que se ha intentado anteriormente en este espacio.
"Los intentos anteriores han utilizado materiales costosos como el paladio, pero este es el primer caso en el que un material muy barato y abundante, extraído localmente en Australia, se ha aplicado con éxito al problema de la conversión de dióxido de carbono residual, "Dice el Dr. Daiyan.
El Dr. Lovell agrega que lo que también hace que este método sea atractivo es el uso del sistema de llama FSP para crear y controlar estos valiosos materiales.
"Significa que se puede utilizar industrialmente, se puede escalar, es muy rápido de hacer los materiales y muy efectivo, " ella dice.
"No tenemos que preocuparnos por técnicas de síntesis complicadas que utilizan metales y precursores realmente costosos; podemos quemarlo y en 10 minutos tener estas partículas listas para usar. Y al controlar cómo lo quemamos, podemos controlar esas proporciones de los componentes básicos del gas de síntesis deseados ".
Ampliar
Mientras que el dúo ya ha construido un electrolizador que ha sido probado con residuos de CO 2 gas que contiene contaminantes, Escalar la tecnología hasta el punto en que pueda convertir todo el dióxido de carbono residual emitido por una planta de energía es todavía un camino por recorrer.
"La idea es que podamos tomar una fuente puntual de CO 2 , como una central eléctrica de carbón, una planta de energía de gas, o incluso una mina de gas natural donde liberas una gran cantidad de CO puro 2 y básicamente podemos modernizar esta tecnología en el back-end de estas plantas. Entonces podrías capturar el CO producido 2 y convertirlo en algo muy valioso para la industria, "dice el Dr. Lovell.
El próximo proyecto del grupo será probar sus nanomateriales en un entorno de gases de combustión para asegurarse de que sean tolerantes a las duras condiciones y a otros productos químicos que se encuentran en los gases residuales industriales.
