Μια μελέτη του Northwestern University παρουσιάζει έναν οικονομικά αποδοτικό καταλύτη κατασκευασμένο από μολυβδαίνιο και επιτραπέζια ζάχαρη που μετατρέπει το διοξείδιο του άνθρακα σε μονοξείδιο του άνθρακα, παρέχοντας έναν βιώσιμο τρόπο μετατροπής του δεσμευμένου άνθρακα σε χρήσιμα προϊόντα, όπως οι πρόδρομες ουσίες καυσίμων.
Ο νέος καταλύτης μπορεί να προσφέρει μια πιθανή λύση για τη χρήση δεσμευμένου άνθρακα.
Ένας νέος καταλύτης που κατασκευάζεται από ένα φθηνό και άφθονο μέταλλο, την κοινή επιτραπέζια ζάχαρη, έχει την ικανότητα να καταστρέφει το διοξείδιο του άνθρακα (CO2).2) Αέριο.
Σε μια νέα μελέτη που διεξήχθη από το Πανεπιστήμιο Northwestern, ο καταλύτης μετέτρεψε με επιτυχία το διοξείδιο του άνθρακα2 στο μονοξείδιο του άνθρακα (CO), ένα σημαντικό δομικό στοιχείο για την παραγωγή μιας ποικιλίας ευεργετικών χημικών ουσιών. Όταν η αντίδραση λαμβάνει χώρα παρουσία υδρογόνου, για παράδειγμα, CO2 Το υδρογόνο μετατρέπεται σε συνθετικό αέριο (ή syngas), ένα πολύτιμο υλικό για την παραγωγή καυσίμου που μπορεί να αντικαταστήσει τη βενζίνη.
Με τις πρόσφατες εξελίξεις στις τεχνολογίες δέσμευσης άνθρακα, η δέσμευση άνθρακα μετά την καύση έχει γίνει μια λογική επιλογή για να βοηθήσει στην αντιμετώπιση της παγκόσμιας κρίσης της κλιματικής αλλαγής. Αλλά πώς να αντιμετωπίσετε τον δεσμευμένο άνθρακα παραμένει ένα ανοιχτό ερώτημα. Ο νέος καταλύτης παρέχει δυνητικά μια λύση για την εξάλειψη του ισχυρού αερίου του θερμοκηπίου μετατρέποντάς το σε ένα πιο πολύτιμο προϊόν.
Η μελέτη θα δημοσιευθεί στο τεύχος 3 Μαΐου του περιοδικού Επιστήμες.
«Ακόμα κι αν σταματήσουμε να εκπέμπουμε διοξείδιο του άνθρακα2 Τώρα, η ατμόσφαιρά μας θα εξακολουθεί να περιέχει περίσσεια διοξειδίου του άνθρακα2 «Είναι το αποτέλεσμα βιομηχανικών δραστηριοτήτων περασμένων αιώνων», είπε ο Milad Khoshoui του Πανεπιστημίου Northwestern, ο οποίος ήταν συνεπικεφαλής της μελέτης. «Δεν υπάρχει ενιαία λύση σε αυτό το πρόβλημα. Πρέπει να μειώσουμε το διοξείδιο του άνθρακα2 εκπομπών Και Βρείτε νέους τρόπους μείωσης του διοξειδίου του άνθρακα2 Συγκέντρωση ήδη υπάρχει στην ατμόσφαιρα. Πρέπει να εκμεταλλευτούμε όλες τις πιθανές λύσεις».
Αυτό το διάγραμμα δείχνει την πλήρη διαδικασία δημιουργίας ενός καταλύτη και χρήσης του για τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα. Φωτογραφία: Milad Khoshoui
«Δεν είμαστε η πρώτη ερευνητική ομάδα που μετατρέπει το διοξείδιο του άνθρακα2 «Σε άλλο προϊόν», είπε ο Omar K.. Η Farha, του Πανεπιστημίου Northwestern, είναι η ανώτερη συγγραφέας της μελέτης. «Ωστόσο, για να είναι πραγματικά πρακτική η διαδικασία, απαιτεί έναν καταλύτη που να πληροί πολλά κρίσιμα κριτήρια: προσιτότητα, σταθερότητα, ευκολία παραγωγής και επεκτασιμότητα Η εξισορρόπηση αυτών των τεσσάρων στοιχείων είναι το κλειδί για την ικανοποίηση αυτών των απαιτήσεων.
Ειδικός στις τεχνολογίες δέσμευσης άνθρακα, ο Farha είναι ο Charles E. και η Emma H. Morrison Καθηγητής Χημείας στο Weinberg College of Arts and Sciences στο Northwestern. Μετά την έναρξη αυτής της εργασίας με Ph.D. Ο Khoshwai είναι υποψήφιος στο Πανεπιστήμιο του Κάλγκαρι στον Καναδά και τώρα είναι μεταδιδακτορικός υπότροφος στο εργαστήριο της Farha.
Λύσεις από το κατάστημα
Το μυστικό πίσω από τον νέο καταλύτη είναι το καρβίδιο του μολυβδαινίου, ένα εξαιρετικά σκληρό κεραμικό υλικό. Σε αντίθεση με πολλούς άλλους καταλύτες που απαιτούν ακριβά μέταλλα, όπως η πλατίνα ή το παλλάδιο, το μολυβδαίνιο είναι ένα φθηνό, μη πολύτιμο μέταλλο που υπάρχει σε αφθονία στη Γη.
Για να μετατρέψουν το μολυβδαίνιο σε καρβίδιο του μολυβδαινίου, οι επιστήμονες χρειάζονταν μια πηγή άνθρακα. Ανακάλυψαν μια φθηνή επιλογή σε ένα απροσδόκητο μέρος: το ντουλάπι. Παραδόξως, η ζάχαρη – η λευκή, κοκκώδης μορφή που υπάρχει σχεδόν σε κάθε νοικοκυριό – χρησίμευε ως μια βολική και φθηνή πηγή ατόμων άνθρακα.
«Κάθε μέρα που προσπαθούσα να κατασκευάσω αυτά τα υλικά, έφερνα ζάχαρη από το σπίτι μου στο εργαστήριο», είπε ο Khoshoui. «Σε σύγκριση με άλλες κατηγορίες υλικών που χρησιμοποιούνται συνήθως σε καταλύτες, τα προϊόντα μας είναι απίστευτα φθηνά».
Επιτυχής και σταθερή επιλεκτικότητα
Κατά τη δοκιμή του καταλύτη, οι Farha, Khoshoui και οι συνεργάτες τους εντυπωσιάστηκαν από την επιτυχία του. Λειτουργεί σε πιέσεις περιβάλλοντος και υψηλές θερμοκρασίες (300-600 βαθμούς). Κελσίου), ο μετατρεπόμενος καταλύτης CO2 σε διοξείδιο του άνθρακα με 100% επιλεκτικότητα.
Υψηλή επιλεκτικότητα σημαίνει ότι ο καταλύτης λειτουργεί μόνο με διοξείδιο του άνθρακα2 Χωρίς να καταστρέφονται τα γύρω υλικά. Με άλλα λόγια, η βιομηχανία μπορεί να εφαρμόσει τον καταλύτη σε μεγάλες ποσότητες δεσμευμένων αερίων και να στοχεύσει επιλεκτικά μόνο το διοξείδιο του άνθρακα.2. Ο καταλύτης παρέμεινε επίσης σταθερός με την πάροδο του χρόνου, που σημαίνει ότι παρέμεινε ενεργός και δεν αποσυντέθηκε.
«Στη χημεία, δεν είναι ασυνήθιστο για έναν καταλύτη να χάνει την επιλεκτικότητά του μετά από μερικές ώρες», είπε ο Farha. «Αλλά μετά από 500 ώρες σε σκληρές συνθήκες, η επιλεκτικότητά του δεν άλλαξε».
Αυτό είναι ιδιαίτερα αξιοσημείωτο επειδή το CO2 Είναι ένα σταθερό και επίμονο μόριο.
«Μετατροπή CO2 «Δεν είναι εύκολο», είπε ο Khoshuai. «Κο2 Είναι ένα χημικά σταθερό μόριο και έπρεπε να ξεπεράσουμε αυτή τη σταθερότητα, η οποία απαιτεί πολλή ενέργεια.
Η συνδυαστική προσέγγιση στον καθαρισμό άνθρακα
Η ανάπτυξη υλικών που απαιτούνται για τη δέσμευση άνθρακα είναι το κύριο επίκεντρο του εργαστηρίου Farha. Η ομάδα του αναπτύσσει μεταλλικά-οργανικά πλαίσια (Μεταλλικά οργανικά κουφώματα), μια κατηγορία εξαιρετικά πορωδών, νανο-μεγεθών υλικών που η Farha παρομοιάζει με «εκλεπτυσμένα, προγραμματιζόμενα σφουγγάρια μπάνιου». Η Farha εξερευνά MOF για ποικίλες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της δέσμευσης διοξειδίου του άνθρακα2 Απευθείας από τον αέρα.
Τώρα, ο Farha λέει ότι το MOF και ο νέος καταλύτης θα μπορούσαν να συνεργαστούν για να παίξουν ρόλο στη δέσμευση και τη δέσμευση άνθρακα.
«Κάποια στιγμή, θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε MOF για να συλλάβουμε το διοξείδιο του άνθρακα, ακολουθούμενο από έναν καταλύτη για να το μετατρέψουμε σε κάτι πιο χρήσιμο», πρότεινε η Farha. “Ένα σύστημα σε συνδυασμό που χρησιμοποιεί δύο διαφορετικά υλικά για δύο διαδοχικά βήματα θα μπορούσε να είναι ο δρόμος προς τα εμπρός.”
«Αυτό μπορεί να μας βοηθήσει να απαντήσουμε στην ερώτηση: Τι κάνουμε με το δεσμευμένο διοξείδιο του άνθρακα;2«Πρόσθεσε ο Khushui. «Αυτή τη στιγμή, το σχέδιο είναι να απομονωθεί υπόγεια, αλλά οι υπόγειες δεξαμενές πρέπει να πληρούν αρκετές απαιτήσεις προκειμένου να αποθηκεύουν διοξείδιο του άνθρακα με ασφάλεια και μόνιμα».2. Θέλαμε να σχεδιάσουμε μια πιο ολοκληρωμένη λύση που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί οπουδήποτε, προσθέτοντας παράλληλα οικονομική αξία».
Αναφορά: «Ενεργός και σταθερός κυβικός καταλύτης καρβιδίου του μολυβδαινίου για αντίδραση αναστρέψιμου μετασχηματισμού νερού-αερίου υψηλής θερμοκρασίας» από τους Milad Ahmadi Khoshui, Shijun Wang, Gerardo Vitale, Philip Formalek, Kent O. Kerlikovalli, Randall Q. Senor, Pedro Pereira-Almao και Omar K. Farha, 2 Μαΐου 2024, Επιστήμες.
doi: 10.1126/science.adl1260
Αυτή η μελέτη υποστηρίχθηκε από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών και το Συμβούλιο Φυσικών Επιστημών και Μηχανικής Έρευνας του Καναδά.
“Ερασιτέχνης διοργανωτής. Εξαιρετικά ταπεινός web maven. Ειδικός κοινωνικών μέσων Wannabe. Δημιουργός. Thinker.”