Si la idea de volar en aviones comerciales a batería lo pone nervioso, puede relajarse un poco. Los investigadores han descubierto un punto de partida práctico para convertir el dióxido de carbono en combustibles líquidos sostenibles, incluidos los combustibles para medios de transporte más pesados que pueden resultar muy útiles.difícil de electrificar, como aviones, barcos y trenes de carga.
reutilización de CO neutral en carbono 2 ha surgido como una alternativa a enterrar los gases de efecto invernadero bajo tierra. En un nuevo estudio publicado hoy en Energía natural , investigadores de la Universidad de Stanford y la Universidad Técnica de Dinamarca DTU muestran cómo la electricidad y un catalizador abundante en la Tierra pueden convertir CO 2 en monóxido de carbono CO rico en energía mejor que los métodos convencionales. El catalizador - óxido de cerio - es mucho más resistente a la descomposición. Extracción de oxígeno del CO 2 hacer gas CO es el primer paso para convertir CO 2 en casi cualquier combustible líquido y otros productos, como el gas sintético y los plásticos. La adición de hidrógeno al CO puede producir combustibles como el diesel sintético y el equivalente del combustible para aviones. El equipo prevé utilizar energía renovable para producir el CO y para las conversiones posteriores, lo que daría como resultado productos neutros en carbono.
"Mostramos que podemos usar electricidad para reducir el CO 2 en CO con 100 por ciento de selectividad y sin producir el subproducto no deseado del carbono sólido ", dijo William Chueh, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en Stanford, uno de los tres autores principales del artículo.
Chueh, consciente de la investigación de DTU en esta área, invitó a Christopher Graves, profesor asociado en el Departamento de Conversión y Almacenamiento de Energía de DTU, y Theis Skafte, un candidato a doctorado de DTU en ese momento, para venir a Stanford y trabajar juntos en la tecnología.
"Habíamos estado trabajando en CO a alta temperatura 2 electrólisis durante años, pero la colaboración con Stanford fue la clave de este avance ", dijo Skafte, autor principal del estudio, que ahora es investigador postdoctoral en DTU." Logramos algo que no podríamos tener por separado, amboscomprensión fundamental y demostración práctica de un material más robusto "
Barreras a la conversión
Una ventaja que los combustibles líquidos sostenibles podrían tener sobre la electrificación del transporte es que podrían usar la infraestructura existente de gasolina y diesel, como motores, tuberías y estaciones de servicio. Además, las barreras para electrificar aviones y barcos - viajes de larga distancia yalto peso de las baterías: no serían problemas para los combustibles con alto contenido de energía y neutros en carbono.
Aunque las plantas reducen el CO 2 para azúcares ricos en carbono, naturalmente, una ruta electroquímica artificial al CO aún no se ha comercializado ampliamente. Entre los problemas: los dispositivos usan demasiada electricidad, convierten un bajo porcentaje de CO 2 moléculas, o producen carbono puro que destruye el dispositivo. Los investigadores en el nuevo estudio primero examinaron cómo los diferentes dispositivos tuvieron éxito y fallaron en el CO 2 electrólisis
Con los conocimientos adquiridos, los investigadores construyeron dos celdas para CO 2 prueba de conversión: una con óxido de cerio y la otra con catalizadores convencionales a base de níquel. El electrodo de ceria permaneció estable, mientras que los depósitos de carbono dañaron el electrodo de níquel, acortando significativamente la vida útil del catalizador.
"Esta capacidad notable de ceria tiene implicaciones importantes para la vida práctica de CO 2 dispositivos electrolizadores ", dijo Graves de DTU, autor principal del estudio y académico visitante en Stanford en ese momento." Reemplazar el electrodo de níquel actual con nuestro nuevo electrodo de ceria en el electrolizador de la próxima generación mejoraría la vida útil del dispositivo ".
Camino a la comercialización
Eliminar la muerte celular temprana podría reducir significativamente el costo de la producción comercial de CO. La supresión de la acumulación de carbono también permite que el nuevo tipo de dispositivo convierta más CO 2 a CO, que está limitado a una concentración de producto de CO muy inferior al 50 por ciento en las celdas actuales. Esto también podría reducir los costos de producción.
"El mecanismo de supresión de carbono en la ceria se basa en atrapar el carbono en forma oxidada estable. Pudimos explicar este comportamiento con modelos computacionales de CO 2 reducción a temperatura elevada, que luego se confirmó con la espectroscopía de fotoelectrones de rayos X de la célula en funcionamiento ", dijo Michal Bajdich, autor principal del artículo y científico asociado del Centro SUNCAT para Interface Science & Catalysis, unasociación entre el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC y la Escuela de Ingeniería de Stanford.
El alto costo de capturar CO 2 ha sido una barrera para secuestrarlo bajo tierra a gran escala, y ese alto costo podría ser una barrera para usar CO 2 para producir combustibles y productos químicos más sostenibles. Sin embargo, el valor de mercado de esos productos combinado con pagos para evitar las emisiones de carbono podría ayudar a las tecnologías que usan CO 2 supere el obstáculo del costo más rápidamente.
Los investigadores esperan que su trabajo inicial revele los mecanismos en CO 2 los dispositivos de electrólisis por espectroscopia y modelado ayudarán a otros a ajustar las propiedades de la superficie de la ceria y otros óxidos para mejorar aún más el CO 2 electrólisis
Chueh también es investigador principal en el Instituto de Energía de Precourt de Stanford. Otros coautores de Stanford son el ex alumno del doctorado Zixuan Guan, el postdoc Michael Machala, los ex postdocs Matteo Monti y Chirranjeevi B. Gopal y el postdoc SLAC Jose A. Garrido Torres. OtroLos coautores de la DTU son el candidato a doctorado Lev Martínez, el líder del grupo nanolab Eugen Stamate y la investigadora del personal Simone Sanna. Los otros coautores son Ethan J. Crumlin, científico investigador del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, y Max García Melchor, profesor asistente enTrinity College, Dublín.
Este proyecto fue apoyado por Haldor Topsoe A / S, el Fondo de Innovación de Dinamarca, la Agencia Danesa de Ciencia, Tecnología e Innovación y Energinet.dk., El Departamento de Energía de los EE. UU., El Centro SUNCAT y un premio CAREER de la Fundación Nacional de Ciencias.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Mark Golden. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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