Un nuevo catalizador elaborado a partir de un metal abundante y económico y azúcar de mesa común tiene el poder de destruir el dióxido de carbono (CO2 ) gasolina.
En un nuevo estudio de la Universidad Northwestern, el catalizador convirtió con éxito CO2 en monóxido de carbono (CO), un componente importante para producir una variedad de sustancias químicas útiles. Cuando la reacción ocurre en presencia de hidrógeno, por ejemplo, CO2 y el hidrógeno se transforma en gas de síntesis (o gas de síntesis), un precursor muy valioso para producir combustibles que potencialmente pueden reemplazar a la gasolina.
Con los recientes avances en las tecnologías de captura de carbono, la captura de carbono poscombustión se está convirtiendo en una opción plausible para ayudar a abordar la crisis del cambio climático global. Pero cómo manejar el carbono capturado sigue siendo una cuestión abierta. El nuevo catalizador podría proporcionar potencialmente una solución para eliminar el potente gas de efecto invernadero convirtiéndolo en un producto más valioso.
El estudio, titulado "Un catalizador de carburo de molibdeno cúbico activo y estable para la reacción inversa de cambio de agua y gas a alta temperatura", se publica en la revista Science. .
"Incluso si dejáramos de emitir CO2 ahora, nuestra atmósfera todavía tendría un excedente de CO2 como resultado de actividades industriales de los siglos pasados", dijo Milad Khoshooei de Northwestern, quien codirigió el estudio.
"No existe una solución única para este problema. Necesitamos reducir las emisiones de CO2 emisiones y encontrar nuevas formas de disminuir las emisiones de CO2 concentración que ya se encuentra en la atmósfera. Deberíamos aprovechar todas las soluciones posibles."
"No somos el primer grupo de investigación que convierte el CO2 en otro producto", dijo Omar K. Farha, de Northwestern, autor principal del estudio. "Sin embargo, para que el proceso sea verdaderamente práctico, necesita un catalizador que cumpla varios criterios cruciales:asequibilidad, estabilidad, facilidad de producción y escalabilidad. Equilibrar estos cuatro elementos es clave. Afortunadamente, nuestro material cumple con estos requisitos."
Farha, experta en tecnologías de captura de carbono, es profesora de química Charles E. y Emma H. Morrison en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern. Después de iniciar este trabajo como Ph.D. Candidato en la Universidad de Calgary en Canadá, Khoshooei ahora es becario postdoctoral en el laboratorio de Farha.
El secreto detrás del nuevo catalizador es el carburo de molibdeno, un material cerámico extremadamente duro. A diferencia de muchos otros catalizadores que requieren metales caros, como el platino o el paladio, el molibdeno es un metal económico, no precioso y abundante en la Tierra.
Para transformar el molibdeno en carburo de molibdeno, los científicos necesitaban una fuente de carbono. Descubrieron una opción barata en un lugar inesperado:la despensa. Sorprendentemente, el azúcar (el tipo granulado blanco que se encuentra en casi todos los hogares) sirvió como una fuente conveniente y económica de átomos de carbono.
"Cada día que intentaba sintetizar estos materiales, llevaba azúcar al laboratorio desde mi casa", dijo Khoshooei. "En comparación con otras clases de materiales comúnmente utilizados para catalizadores, el nuestro es increíblemente económico".
Al probar el catalizador, Farha, Khoshooei y sus colaboradores quedaron impresionados por su éxito. Operando a presiones ambientales y altas temperaturas (300 a 600 grados Celsius), el catalizador convirtió CO2 en CO con 100% de selectividad.
La alta selectividad significa que el catalizador actuó sólo sobre el CO2 sin alterar los materiales circundantes. En otras palabras, la industria podría aplicar el catalizador a grandes volúmenes de gases capturados y centrarse selectivamente sólo en el CO2. . El catalizador también permaneció estable con el tiempo, lo que significa que permaneció activo y no se degradó.
"En química, no es raro que un catalizador pierda su selectividad después de unas horas", dijo Farha. "Pero, después de 500 horas en duras condiciones, su selectividad no cambió."
Esto es particularmente notable porque el CO2 es una molécula estable y tenaz.
"Conversión de CO2 "No es fácil", dijo Khoshooei. "CO2 Es una molécula químicamente estable y tuvimos que superar esa estabilidad, lo que requiere mucha energía".
El desarrollo de materiales para la captura de carbono es uno de los principales objetivos del laboratorio de Farha. Su grupo desarrolla estructuras organometálicas (MOF), una clase de materiales de tamaño nanométrico altamente porosos que Farha compara con "esponjas de baño sofisticadas y programables". Farha explora los MOF para diversas aplicaciones, incluida la extracción de CO2 directamente desde el aire.
Ahora, Farha dice que los MOF y el nuevo catalizador podrían trabajar juntos para desempeñar un papel en la captura y el secuestro de carbono.
"En algún momento, podríamos emplear un MOF para capturar CO2 , seguido de un catalizador que lo convierta en algo más beneficioso", sugirió Farha. "Un sistema en tándem que utilice dos materiales distintos para dos pasos secuenciales podría ser el camino a seguir".
"Esto podría ayudarnos a responder la pregunta:'¿Qué hacemos con el CO2 capturado? ?'", añadió Khoshooei.
"En este momento, el plan es secuestrarlo bajo tierra. Pero los depósitos subterráneos deben cumplir muchos requisitos para poder almacenar CO2 de forma segura y permanente". . Queríamos diseñar una solución más universal que pudiera usarse en cualquier lugar y al mismo tiempo agregar valor económico".
Más información: Milad Ahmadi Khoshooei et al, Un catalizador de carburo de molibdeno cúbico estable y activo para la reacción de desplazamiento inverso de agua y gas a alta temperatura, Ciencia (2024). DOI:10.1126/science.adl1260. www.science.org/doi/10.1126/science.adl1260
Información de la revista: Ciencia
Proporcionado por la Universidad Northwestern
