Capturar y convertir: este es el lema de la reducción de dióxido de carbono, un proceso que detiene el gas de efecto invernadero antes de que escape de las chimeneas y las plantas de energía a la atmósfera y, en cambio, lo convierte en un producto útil.
Un posible producto final es el metanol, un combustible líquido y el foco de un estudio reciente realizado en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE. Las reacciones químicas que hacen que el metanol a partir del dióxido de carbono dependa de un catalizador para acelerar elconversión, y los científicos de Argonne identificaron un nuevo material que podría cumplir este papel. Con su estructura única, este catalizador puede capturar y convertir dióxido de carbono de una manera que finalmente ahorra energía.
Lo llaman un tetrámero de cobre.
Consiste en pequeños grupos de cuatro átomos de cobre cada uno, apoyados en una película delgada de óxido de aluminio. Estos catalizadores funcionan uniéndose a las moléculas de dióxido de carbono, orientándolas de una manera ideal para las reacciones químicas. La estructura del tetrámero de cobrees tal que la mayoría de sus sitios de unión están abiertos, lo que significa que puede unirse más fuertemente al dióxido de carbono y acelerar mejor la conversión.
El proceso industrial actual para reducir el dióxido de carbono a metanol utiliza un catalizador de cobre, óxido de zinc y óxido de aluminio. Varios de sus sitios de unión están ocupados simplemente para mantener el compuesto unido, lo que limita cuántos átomos pueden atrapar y retener dióxido de carbono.
"Con nuestro catalizador, no hay adentro", dijo Stefan Vajda, químico senior de Argonne y del Instituto de Ingeniería Molecular y coautor del artículo. "Los cuatro átomos de cobre están participando porque con solo unos pocos enel clúster, todos están expuestos y pueden unirse "
Para compensar un catalizador con menos sitios de unión, el método actual de reducción crea condiciones de alta presión para facilitar enlaces más fuertes con las moléculas de dióxido de carbono. Pero comprimir el gas en una mezcla de alta presión requiere mucha energía.
El beneficio de una unión mejorada es que el nuevo catalizador requiere una presión más baja y menos energía para producir la misma cantidad de metanol.
Las emisiones de dióxido de carbono son un problema ambiental continuo y, según los autores, es importante que la investigación identifique formas óptimas de tratar los desechos.
"Estamos interesados en encontrar nuevas reacciones catalíticas que sean más eficientes que los catalizadores actuales, especialmente en términos de ahorro de energía", dijo Larry Curtiss, miembro distinguido de Argonne que fue coautor de este artículo.
Los tetrámeros de cobre podrían permitirnos capturar y convertir dióxido de carbono a mayor escala, reduciendo una amenaza ambiental y creando un producto útil como el metanol que puede transportarse y quemarse como combustible.
Por supuesto, el catalizador todavía tiene un largo viaje por delante del laboratorio a la industria.
Los posibles obstáculos incluyen inestabilidad y descubrir cómo fabricar cantidades en masa. Existe la posibilidad de que los tetrámeros de cobre se descompongan cuando se usan en un entorno industrial, por lo que garantizar la durabilidad a largo plazo es un paso crítico para futuras investigaciones, dijo Curtiss. YSi bien los científicos solo necesitaban nanogramos del material para este estudio, ese número tendría que multiplicarse dramáticamente para fines industriales.
Mientras tanto, los investigadores están interesados en buscar otros catalizadores que incluso podrían superar su tetrámero de cobre.
Estos catalizadores pueden variar en tamaño, composición y material de soporte, lo que resulta en una lista de más de 2,000 combinaciones potenciales, dijo Vajda.
Pero los científicos no tienen que realizar miles de experimentos diferentes, dijo Peter Zapol, físico de Argonne y coautor de este artículo. En cambio, utilizarán cálculos avanzados para hacer predicciones y luego probarán los catalizadores que parecen másprometedor.
"Todavía no hemos encontrado un catalizador mejor que el tetrámero de cobre, pero esperamos", dijo Vajda. "Con el calentamiento global convirtiéndose en una carga mayor, es urgente que sigamos tratando de convertir las emisiones de dióxido de carbono en algo útil""
Para esta investigación, el equipo utilizó el Centro de Materiales a Nanoescala, así como la línea de luz 12-ID-C de la Fuente de Fotones Avanzados, ambas Instalaciones de Usuario de la Oficina de Ciencia del DOE.
Curtiss dijo que la Fuente avanzada de fotones permitió a los científicos observar cargas ultrabajas de sus pequeños grupos, hasta unos pocos nanogramos, que fue una pieza crítica de esta investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Argonne . Original escrito por Payal Marathe. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :