Burbujear el aire en agua con una pizca de magnesio y obtendremos combustible. Crédito:Vivek Polshettiwar
Exceso de CO 2 las emisiones son una de las principales causas del cambio climático, y por lo tanto reduciendo el CO 2 niveles en la atmósfera de la Tierra es clave para limitar los efectos ambientales adversos. En lugar de simplemente capturar y almacenar CO 2 , Sería deseable utilizarlo como materia prima de carbono para la producción de combustible a fin de lograr el objetivo de "sistemas de energía de emisiones netas cero". La captura y conversión de CO 2 (desde gas combustible o directamente desde el aire) hasta metano y metanol, simplemente usando agua como fuente de hidrógeno en condiciones ambientales proporcionaría una solución óptima para reducir el exceso de CO 2 niveles y sería altamente sostenible.
Investigadores del Instituto Tata de Investigación Fundamental (TIFR), Mumbai, demostró el uso de magnesio (nanopartículas y a granel) para reaccionar directamente el CO 2 con agua a temperatura ambiente y presión atmosférica, formando metano, metanol, y ácido fórmico sin requerir fuentes de energía externas. El magnesio es el octavo elemento más abundante en la corteza terrestre y el cuarto elemento más común en la Tierra (después del hierro, oxígeno y silicio).
La conversión de CO 2 (puro, así como directamente desde el aire) se llevó a cabo en pocos minutos a 300 K y 1 bar. Una acción cooperativa única de Mg, carbonato de magnesio básico, CO 2 , y el agua habilitó este CO 2 transformación. Si falta alguno de los cuatro componentes, no co 2 tuvo lugar la conversión. Los intermedios de reacción y la vía de reacción se identificaron mediante 13 CO 2 etiquetado isotópico, difracción de rayos X en polvo (PXRD), resonancia magnética nuclear (RMN) y reflectancia total atenuada in situ-espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (ATR-FTIR), y racionalizado mediante cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT). Durante CO 2 conversión, El Mg se convirtió en hidróxido y carbonato de magnesio, que puede regenerarse.
El Mg es uno de los metales con menor demanda energética para la producción y genera la menor cantidad de CO 2 durante la producción. Usando este protocolo, 1 kg de magnesio por simple reacción con agua y CO 2 produce 2,43 litros de metano, 940 litros de hidrógeno y 3,85 kg de carbonato de magnesio básico (utilizado en cemento verde, industria farmacéutica, etc.), y también pequeñas cantidades de metanol, y ácido fórmico.
En ausencia de CO 2 , El Mg no reacciona de manera eficiente con el agua, y el rendimiento de hidrógeno fue extremadamente bajo, 100 μmol g -1 en comparación con 42000 μmol g -1 en presencia de CO 2 . Esto se debió a la escasa solubilidad del hidróxido de magnesio formado por la reacción de Mg con agua, restringiendo la superficie interna de Mg para que no reaccione más con el agua. Sin embargo, en presencia de CO 2 , el hidróxido de magnesio se convierte en carbonatos y carbonatos básicos, que son más solubles en agua que el hidróxido de magnesio y se desprenden del Mg, exponer la superficie fresca de Mg para que reaccione con el agua. Por lo tanto, este protocolo incluso se puede utilizar para la producción de hidrógeno (940 litros por kg de Mg), que es casi 420 veces más que el hidrógeno producido por la reacción de Mg con agua sola (2,24 litros por kg de Mg).
Notablemente, toda esta producción ocurre en solo 15 minutos, a temperatura ambiente y presión atmosférica, en el protocolo excepcionalmente simple y seguro. A diferencia de otros polvos metálicos, el polvo de Mg es extremadamente estable (debido a la presencia de una fina capa superficial de pasivación de MgO) y puede manipularse en el aire sin pérdida de actividad. El uso de combustibles fósiles debe restringirse (si no se evita), para combatir el cambio climático. Este protocolo de Mg será entonces uno de los CO sostenibles 2 protocolos de conversión, para un CO 2 -proceso neutro para producir diversos productos químicos y combustibles (metano, metanol, ácido fórmico e hidrógeno).
El entorno del planeta Marte tiene un 95,32% de CO 2 , mientras que su superficie tiene agua en forma de hielo. Recientemente, También se informó de la presencia de magnesio en Marte en abundantes cantidades. Por lo tanto, para explorar la posibilidad del uso de este CO asistido por Mg 2 proceso de conversión en Marte, investigadores llevaron a cabo este CO asistido por Mg 2 conversión a una temperatura más baja. Notablemente, metano, metanol, Se produjeron ácido fórmico e hidrógeno en una cantidad razonable. Estos resultados indican el potencial de este proceso de Mg para ser utilizado en el entorno de Marte, un paso hacia la utilización del magnesio en Marte, aunque se necesitan estudios más detallados.
