Un catalizador barato elaborado a partir de azúcar tiene la capacidad de destruir el dióxido de carbono

El nuevo catalizador puede proporcionar una solución potencial para utilizar carbono capturado.

Un nuevo catalizador elaborado a partir de un metal abundante y económico, el azúcar de mesa común, tiene la capacidad de destruir el dióxido de carbono (CO2).₂) Gasolina.

En un nuevo estudio realizado por la Universidad Northwestern, el catalizador convirtió con éxito dióxido de carbono₂ al monóxido de carbono (CO), un componente importante para la producción de una variedad de sustancias químicas beneficiosas. Cuando la reacción ocurre en presencia de hidrógeno, por ejemplo, CO₂ El hidrógeno se convierte en gas sintético (o gas de síntesis), un material valioso para producir combustible que puede reemplazar a la gasolina.

Con los avances recientes en las tecnologías de captura de carbono, la captura de carbono poscombustión se ha convertido en una opción razonable para ayudar a abordar la crisis del cambio climático global. Pero cómo abordar el carbono capturado sigue siendo una cuestión abierta. El nuevo catalizador proporciona potencialmente una solución para eliminar el poderoso gas de efecto invernadero convirtiéndolo en un producto más valioso.

El estudio se publicará en la edición del 3 de mayo de la revista. Ciencias.

“Incluso si dejamos de emitir dióxido de carbono₂ Ahora nuestra atmósfera seguirá conteniendo un exceso de dióxido de carbono.₂ «Es el resultado de actividades industriales de siglos pasados», dijo Milad Khoshoui de la Universidad Northwestern, quien codirigió el estudio. “No existe una solución única para este problema. Necesitamos reducir el dióxido de carbono.₂ emisiones Y Encuentre nuevas formas de reducir el dióxido de carbono₂ Concentración ya presente en la atmósfera. Debemos aprovechar todas las soluciones posibles”.

Este diagrama muestra el proceso completo de creación de un catalizador y su uso para convertir dióxido de carbono. Fotografía: Milad Khoshoui

“No somos el primer grupo de investigación que convierte el dióxido de carbono₂ “Pasemos a otro productor”, dijo Omar K. Farha de la Universidad Northwestern, autora principal del estudio. “Sin embargo, para que el proceso sea verdaderamente práctico, se requiere un catalizador que cumpla con varios criterios críticos: asequibilidad, estabilidad, facilidad de producción y escalabilidad. Afortunadamente, nuestro material sobresale en el cumplimiento de estos requisitos.

Farha, experta en tecnologías de captura de carbono, es profesora de química Charles E. y Emma H. ​​​​Morrison en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern. Después de comenzar este trabajo con un Ph.D. Khoshwai es candidato en la Universidad de Calgary en Canadá y ahora es becario postdoctoral en el laboratorio de Farha.

Soluciones de la tienda

El secreto detrás del nuevo catalizador es el carburo de molibdeno, un material cerámico extremadamente duro. A diferencia de muchos otros catalizadores que requieren metales caros, como el platino o el paladio, el molibdeno es un metal no precioso y económico que abunda en la Tierra.

Para convertir molibdeno en carburo de molibdeno, los científicos necesitaban una fuente de carbono. Descubrieron una opción barata en un lugar inesperado: la despensa. Sorprendentemente, el azúcar (el tipo granulado blanco que se encuentra en casi todos los hogares) sirvió como una fuente conveniente y económica de átomos de carbono.

“Todos los días intentaba fabricar estos materiales y llevaba azúcar de mi casa al laboratorio”, dijo Khoshoui. «En comparación con otras clases de materiales comúnmente utilizados en catalizadores, nuestros productos son increíblemente económicos».

Selectividad exitosa y estable.

Al probar el catalizador, Farha, Khoshoui y sus colaboradores quedaron impresionados por su éxito. Opera a presiones ambientales y altas temperaturas (300-600 grados). Celsius), el catalizador convertido CO₂ al dióxido de carbono con 100% de selectividad.

La alta selectividad significa que el catalizador opera solo con dióxido de carbono.₂ Sin dañar los materiales circundantes. En otras palabras, la industria puede aplicar el catalizador a grandes cantidades de gases capturados y apuntar selectivamente sólo al dióxido de carbono.₂. El catalizador también permaneció estable con el tiempo, lo que significa que permaneció activo y no se descompuso.

«En química, no es raro que un catalizador pierda su selectividad después de unas horas», dijo Farha. «Pero después de 500 horas en duras condiciones, su selectividad no cambió».

Esto es especialmente notable porque el CO₂ Es una molécula estable y tenaz.

«Conversión de CO₂ «No es fácil», dijo Khoshuai. “Ko₂ Es una molécula químicamente estable y tuvimos que superar esta estabilidad, lo que requiere mucha energía.

El enfoque tándem para la limpieza de carbono

El desarrollo de materiales necesarios para capturar carbono es el objetivo principal de Farha Lab. Su grupo está desarrollando estructuras organometálicas (Estructuras metálicas orgánicas), una clase de materiales altamente porosos y de tamaño nanométrico que Farha compara con “esponjas de baño sofisticadas y programables”. Farha está explorando MOF para diversas aplicaciones, incluida la captura de dióxido de carbono.₂ Directamente desde el aire.

Ahora, Farha dice que el MOF y el nuevo catalizador podrían trabajar juntos para desempeñar un papel en la captura y el secuestro de carbono.

«En algún momento, podríamos usar MOF para capturar dióxido de carbono, seguido de un catalizador para convertirlo en algo más útil», sugirió Farha. «Un sistema tándem que utilice dos materiales diferentes para dos pasos secuenciales podría ser el camino a seguir».

“Esto puede ayudarnos a responder la pregunta: ¿Qué hacemos con el dióxido de carbono capturado?₂“Añadió Khushui. «En este momento, el plan es aislarlo bajo tierra. Pero los depósitos subterráneos deben cumplir varios requisitos para almacenar dióxido de carbono de forma segura y permanente».₂. Queríamos diseñar una solución más universal que pudiera usarse en cualquier lugar y al mismo tiempo agregar valor económico.

Referencia: “Catalizador de carburo de molibdeno cúbico activo y estable para la reacción de transformación reversible de agua-gas a alta temperatura” por Milad Ahmadi Khoshui, Shijun Wang, Gerardo Vitale, Philip Formalek, Kent O. Kerlikovalli, Randall Q. Señor, Pedro Pereira-Almao y Omar K. Farha, 2 de mayo de 2024, Ciencias.
doi: 10.1126/ciencia.adl1260

Este estudio fue apoyado por el Departamento de Energía de EE. UU., la Fundación Nacional de Ciencias y el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Naturales de Canadá.