Los investigadores de la Universidad Case Western Reserve están desarrollando formas de convertir residuos en combustibles y otros productos, utilizando procesos energéticamente eficientes y alimentados por fuentes renovables.
Más concretamente, están cerca de resolver el reto de convertir el dióxido de carbono (CO2 ), un importante gas de efecto invernadero, en sustancias químicas valiosas utilizando electricidad.
CO2 puede ser una materia prima útil para fabricar combustibles y productos químicos básicos. Pero el proceso de crear la reacción necesaria no es fácil porque requiere altas presiones, altas temperaturas y materiales especiales.
"Nuestra sociedad moderna tiene una necesidad crítica de tecnologías que puedan capturar el CO2 "De los desechos, o incluso del aire, y convertirlos en productos en condiciones benignas", dijo Burcu Gurkan, profesor de ingeniería química en la Escuela de Ingeniería Case. "La conversión electroquímica de dióxido de carbono es un problema no resuelto que tiene más de 150 años".
Hasta ahora, la investigación se ha centrado principalmente en el desarrollo de materiales catalizadores y en la comprensión del CO2, que consume mucha energía. Reacción de conversión en electrolitos a base de agua. Sin embargo, persisten los desafíos porque los sistemas basados en agua tienen una capacidad limitada para CO2 . Además, el proceso incluye reacciones secundarias no deseadas, como las emisiones de gas hidrógeno.
Pero en un estudio publicado este otoño en la revista europea Angewandte Chemie , el equipo de investigación de Case Western Reserve demostró que los líquidos iónicos que desarrollaron capturan y convierten eficazmente el CO2 en un proceso electroquímico.
Los líquidos iónicos son sales que se funden por debajo de los 100°C. Los que desarrolló el grupo de Gurkan son líquidos a temperatura ambiente. Estos líquidos iónicos también son únicos porque tienen una alta capacidad de CO2 capturar y mantener la estabilidad electroquímica. Como resultado, el equipo logró el proceso electroquímico deseado.
"Nuestro enfoque se centra en electrolitos líquidos iónicos que pueden alterar la termodinámica y la distribución del producto debido a efectos cinéticos que pueden ajustarse aún más, gracias a la flexibilidad en el diseño del líquido iónico", afirmó Gurkan.
El estudio, dirigido por Oguz Kagan Coskun, estudiante de doctorado del grupo de Gurkan, combinó técnicas espectroscópicas y electroanalíticas para revelar los mecanismos fundamentales necesarios para que los líquidos iónicos activen el CO2. reacción de reducción en la superficie del electrodo de cobre.
El grupo informó que necesitaba menos energía para impulsar la reacción y señaló que podría conducir a la creación de una variedad de productos industrialmente relevantes, sin los productos secundarios no deseados que se encuentran en el proceso de electrólisis tradicional.
Además, el informe explica aspectos cruciales que influyen en las propiedades del entorno de reacción para el uso eficaz del CO2. . Esta información adicional contribuye a una comprensión más profunda del entorno de reacción, especialmente en lo que respecta a electrolitos no convencionales.
El equipo planea examinar más a fondo los pasos de reacción individuales para informar los diseños de electrolitos posteriores. El objetivo final:mejorar el control de las sustancias químicas de la reacción y avanzar en los enfoques electroquímicos del CO2 reciclaje.
Más información: Oguz Kagan Coskun et al, Adaptación de la reducción electroquímica de CO2 en cobre mediante líquidos iónicos reactivos y donantes de enlaces de hidrógeno nativos, Angewandte Chemie (2023). DOI:10.1002/ange.202312163
Información de la revista: Angewandte Chemie
Proporcionado por la Universidad Case Western Reserve
