En un día determinado, más de 2 millones de libras de dióxido de carbono se bombean a la atmósfera desde las fábricas, las emisiones de automóviles y camiones y la quema de carbón y gas natural para generar electricidad.
Para muchos, es motivo de preocupación medioambiental, pero para Haotian Wang, es la materia prima perfecta.
Un miembro del Instituto Rowland de Harvard, Wang y su equipo de investigación han desarrollado un sistema que utiliza electricidad renovable para transformar electroquímicamente dióxido de carbono en monóxido de carbono, un producto clave utilizado en cualquier número de procesos industriales. La eficiencia de conversión de energía dela luz solar a CO puede ser tan alta como 12.7%, más de un orden de magnitud mayor que la fotosíntesis natural. El dispositivo se describe en un artículo reciente publicado en Chem .
"Básicamente, esto es una forma de fotosíntesis artificial", dijo Wang. "En una planta, luz solar, CO 2 y el agua se convierte en azúcar y oxígeno. En nuestro sistema, la entrada es la luz solar, CO 2 y agua, y producimos CO y oxígeno "
Esa reacción tiene lugar en un dispositivo de aspecto modesto, apenas del tamaño de un teléfono inteligente, que incluye dos cámaras llenas de electrolitos separadas por una membrana de intercambio iónico.
En un sitio, un electrodo impulsado por energía renovable oxida las moléculas de agua en gas oxígeno y libera protones. Estos protones se mueven a la otra cámara donde, con la ayuda de un catalizador de un solo átomo de metal cuidadosamente diseñado, se unen al dióxido de carbonomoléculas, creando agua y monóxido de carbono.
"El desafío es que la mayoría de los catalizadores conocidos tienden a producir hidrógeno gaseoso", dijo Wang. "Por lo tanto, cuando se divide el agua, es difícil evitar que esos protones se combinen para formar hidrógeno gaseoso. Lo que necesitábamos era un catalizadorque puede prevenir la evolución de hidrógeno y en su lugar puede inyectar eficientemente esos protones en CO 2 , por lo tanto, lograr una alta selectividad para CO 2 reducción "
Desafortunadamente, los dos catalizadores más conocidos son el oro y la plata, metales preciosos que son muy costosos para que la reacción sea rentable a gran escala.
"Así que comenzamos mirando materiales de bajo costo como el níquel, el hierro y el cobalto, que son abundantes en la Tierra", dijo Kun Jiang, quien es un becario postdoctoral en el grupo Wang y el primer autor de este trabajo ". Peroel problema es que todos son muy buenos catalizadores de hidrógeno, por lo que quieren producir gas hidrógeno.
Además, todos pueden ser fácilmente envenenados por el monóxido de carbono ", agregó." Incluso si logra usarlos para reducir el CO 2 , el CO resultante se une muy fuertemente a la superficie, evitando que se produzcan más reacciones ".
Para resolver esos problemas, Wang y sus colaboradores de Stanford, el Prof. Yi Cui y el Prof. Jens Nørskov, se pusieron a trabajar para "ajustar" las propiedades electrónicas de los metales. Dra. Samira Siahrostami, científica del grupo Prof. Nørskovracionalizó la naturaleza de los sitios activos mediante el modelado a escala atómica y descubrió que la dispersión de los metales de níquel en átomos individuales aislados, que están atrapados en las vacantes de grafeno, producía un material que estaba ansioso por reaccionar con el dióxido de carbono y dispuesto a liberar el monóxido de carbono resultante.
Ese monóxido de carbono, dijo Wang, se puede usar en una gran cantidad de procesos industriales.
"El monóxido de carbono es un producto industrial muy importante", dijo Wang. "Se puede usar en la producción de plásticos, para fabricar productos de hidrocarburos o se puede quemar como combustible en sí mismo. Es ampliamente utilizado en la industria".
En última instancia, sin embargo, la esperanza es que el sistema algún día se pueda ampliar lo suficiente como para eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera en un esfuerzo por combatir el cambio climático global.
"La idea básica era si podemos capturar el CO existente 2 y utiliza electricidad renovable, de energía solar o eólica, para reducirla a productos químicos útiles ", dijo Wang," entonces posiblemente podamos formar un circuito de carbono ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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