Piense en ello como un reciclaje a nanoescala:un proceso electroquímico tentador que puede recolectar carbono antes de que se convierta en contaminación del aire y reestructurarlo en los componentes de los productos cotidianos.
El impulso para capturar el dióxido de carbono en el aire procedente de residuos industriales y convertirlo en combustible y plásticos está ganando impulso después de que un equipo de investigadores de la Universidad McMaster, en colaboración con expertos en química computacional de la Universidad Técnica Danesa de Copenhague, hayan descubierto exactamente cómo funciona el proceso y dónde se estanca.
Su trabajo está publicado en la revista Nature Communications. .
Los investigadores se propusieron resolver por qué los materiales sintéticos que han demostrado catalizar y convertir el dióxido de carbono se descomponen demasiado rápido para que el proceso sea práctico a nivel industrial.
Utilizando equipos de aumento extremadamente potentes en el Centro Canadiense de Microscopía Electrónica (CCEM), que tiene su sede en el campus de McMaster, los investigadores pudieron capturar la reacción química a nanoescala (millonésimas de metro), lo que les permitió estudiar tanto el proceso de conversión como comprender cómo se descompone el catalizador en condiciones de funcionamiento.
El autor principal, Ahmed Abdellah, pasó años desarrollando las técnicas que permitieron observar el proceso, utilizando un reactor electroquímico lo suficientemente pequeño como para funcionar bajo los microscopios electrónicos del centro.
"Es emocionante para nosotros que esta sea la primera vez que alguien haya podido observar tanto las formas de estas estructuras como sus estructuras cristalinas, para ver cómo evolucionan a nanoescala", dice Abdellah, ex doctor. estudiante en el laboratorio de ingeniería química de Drew Higgins y ahora becario postdoctoral en el CCEM.
Higgins, autor correspondiente del artículo, espera que la nueva información facilite el esfuerzo global para reducir la contaminación por carbono extrayendo dióxido de carbono de los flujos de desechos y en su lugar reciclándolo para crear productos útiles que de otro modo se producirían a partir de combustibles fósiles.
"Lo que hemos descubierto es que los catalizadores que pueden convertir el dióxido de carbono en combustibles y productos químicos se reestructuran con bastante rapidez en las condiciones de funcionamiento. Sus estructuras cambian y sus propiedades cambian, ante nuestros propios ojos", dice Higgins. "Eso dicta qué tan eficientes son en la conversión de dióxido de carbono y cuánto duran. Los catalizadores eventualmente se degradan y dejan de funcionar y queremos saber por qué lo hacen y cómo lo hacen para que podamos desarrollar estrategias para mejorar su vida operativa. "
Abdellah, Higgins y sus colegas tienen la esperanza de que ellos y otros investigadores de todo el mundo puedan utilizar los resultados de la investigación descritos en el nuevo artículo para hacer que los materiales reactivos duren más y catalicen el proceso de manera más eficiente, para permitir que el proceso de laboratorio se amplíe. para uso comercial.
Industrias como la fabricación de cemento, la elaboración de cerveza y la destilación, así como las refinerías químicas, producen grandes volúmenes de dióxido de carbono fácilmente recuperable, explica Higgins, lo que los convierte probablemente en los primeros objetivos para implementar la tecnología una vez que se haya mejorado hasta el punto en que sea comercialmente viable. .
Otras formas menos concentradas de CO2 En residuos industriales vendría el siguiente.
Aunque hoy en día es una posibilidad remota, Higgins dice que es posible que la misma tecnología pueda volverse lo suficientemente eficiente y estable como para extraer dióxido de carbono del aire ambiente como "materia prima" para combustible y productos químicos útiles.
"Todavía estamos un poco lejos, pero el progreso ha sido muy rápido en este campo de investigación y desarrollo en los últimos cinco años", dice Higgins. "Hace diez años, la gente no pensaba en este tipo de conversión, pero ahora estamos empezando a ver algo prometedor. Sin embargo, la eficiencia y la durabilidad aún no son lo suficientemente altas. Una vez que se eliminen estos obstáculos, esta idea realmente puede despegue."
Más información: Ahmed M. Abdellah et al, Impacto de la conversión de paladio/hidruro de paladio en la reducción electroquímica de CO2 mediante microscopía electrónica de transmisión in situ y difracción, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45096-3
Proporcionado por la Universidad McMaster
