Investigadores de U of T Engineering y Caltech han diseñado un sistema nuevo y mejorado para convertir CO de manera eficiente 2 , agua y energía renovable en etileno, el precursor de una amplia gama de productos plásticos, desde dispositivos médicos hasta telas sintéticas, en condiciones neutras. El dispositivo tiene el potencial de ofrecer una vía neutra en carbono para un uso comúnquímicos al tiempo que mejora el almacenamiento de residuos de carbono y el exceso de energía renovable.
"CO 2 tiene un valor económico bajo, lo que reduce el incentivo para capturarlo antes de que entre a la atmósfera ", dice el profesor Ted Sargent, líder de ingeniería de la U de T en el proyecto." Convirtiéndolo en etileno, uno de los productos industriales más utilizadosproductos químicos en el mundo, transforma la economía. El etileno renovable proporciona una ruta para desplazar los combustibles fósiles que actualmente son la materia prima principal para este producto químico ".
El año pasado, Sargent y su equipo publicaron un artículo en Science que describe cómo usaron un electrolizador, un dispositivo que usa electricidad para generar una reacción química, para convertir el CO 2 en etileno con eficiencia récord. En este sistema, los tres reactivos, CO 2 gas, agua y electricidad, todos se unen en la superficie de un catalizador a base de cobre.
Aunque el dispositivo fue un gran avance para el equipo, todavía había margen de mejora. La última versión, descrita en un documento publicado hoy en Naturaleza , modifica aún más el catalizador para mejorar el rendimiento del sistema y reducir su costo operativo.
"Uno de los desafíos con esta reacción es que mientras algunos de los CO 2 se convierte en etileno, la mayor parte se convierte en productos secundarios, especialmente carbonato, que se disuelve en el lado líquido del electrolizador ", dice el compañero posdoctoral Fengwang Li, autor principal del nuevo artículo". Esta pérdida no deseada aumenta elcosto de la consiguiente separación y purificación del producto "
En el último trabajo, el equipo de Sargent se asoció con los profesores de química de Caltech Jonas C. Peters y Theodor Agapie. Su investigación publicada sobre una clase de moléculas conocidas como arilpiridinios sugirió que agregarlos al catalizador podría favorecer la producción de etileno sobre otros productos secundarios.
Utilizando cálculos y experimentos teóricos, los dos equipos examinaron más de una docena de diferentes tipos de arilpiridinios antes de seleccionar uno. Efectivamente, agregar una capa delgada de esta molécula a la superficie del catalizador de cobre aumentó significativamente la selectividad de la reacción para el etileno.También condujo a otro beneficio: reducir el pH de la reacción de trabajo de básico a neutro.
"El sistema anterior requería que el lado del agua de la reacción tuviera un pH alto, condiciones muy básicas", dice Li. "Pero la reacción del CO 2 con la soda cáustica en el agua disminuye el pH, por lo que habríamos tenido que agregar continuamente productos químicos para mantener el pH alto. El nuevo sistema funciona igual de bien en condiciones neutras, por lo que podemos eliminar ese costo adicional, así comopérdida de CO 2 en forma de carbonato "
El catalizador mejorado también duró más que la versión anterior, permaneció estable durante casi 200 horas de operación. Otra mejora, que aumentó el área de la superficie del catalizador en un factor de cinco, les dio a los equipos una idea de los desafíos que enfrentarándeben superarse para escalar la producción a niveles industriales.
Si bien el prototipo aún está muy lejos de la comercialización, el concepto general ofrece una forma prometedora de abordar varios desafíos clave en la sostenibilidad. Elimina la necesidad de extraer más petróleo para fabricar plásticos y otros bienes de consumo basados en etileno, y se convierte enresiduos de CO 2 en una materia prima, agregando un nuevo incentivo para invertir en la captura de carbono.
Li también señala que dicho sistema podría ser alimentado por fuentes renovables intermitentes, como la energía eólica o solar. Actualmente, a menudo existe un desajuste entre la cantidad de electricidad producida por estos sistemas y la demanda del consumidor. Al almacenar el exceso de electricidad enEn forma de etileno, el sistema ofrece una manera de suavizar esos picos y valles.
"Lo bueno de este CO 2 el sistema de conversión de-a-etileno es que no necesita elegir entre capturar y reciclar CO 2 emisiones frente a tratar de evitar que ocurran en primer lugar desplazando los combustibles fósiles usados ", dice Li." Podemos hacer ambas cosas al mismo tiempo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias Aplicadas e Ingeniería de la Universidad de Toronto . Original escrito por Tyler Irving. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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