Empleneu el formulari següent i us enviarem per correu electrònic la versió en PDF de "Noves millores tecnològiques per convertir el diòxid de carboni en combustible líquid"
El diòxid de carboni (CO2) és el producte de la crema de combustibles fòssils i el gas d'efecte hivernacle més comú, que es pot reconvertir en combustibles útils de manera sostenible. Una manera prometedora de convertir les emissions de CO2 en matèria primera de combustible és un procés anomenat reducció electroquímica. Però perquè sigui comercialment viable, cal millorar el procés per seleccionar o produir productes rics en carboni més desitjats. Ara, tal com s'informa a la revista Nature Energy, el Laboratori Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) ha desenvolupat un nou mètode per millorar la superfície del catalitzador de coure utilitzat per a la reacció auxiliar, augmentant així la selectivitat del procés.
«Tot i que sabem que el coure és el millor catalitzador per a aquesta reacció, no proporciona una alta selectivitat per al producte desitjat», va dir Alexis, científic sènior del Departament de Ciències Químiques del Berkeley Lab i professor d'enginyeria química a la Universitat de Califòrnia, Berkeley. Spell va dir. «El nostre equip va descobrir que es pot utilitzar l'entorn local del catalitzador per fer diversos trucs per proporcionar aquest tipus de selectivitat».
En estudis anteriors, els investigadors han establert condicions precises per proporcionar el millor entorn elèctric i químic per crear productes rics en carboni amb valor comercial. Però aquestes condicions són contràries a les condicions que es produeixen naturalment en les piles de combustible típiques que utilitzen materials conductors a base d'aigua.
Per tal de determinar el disseny que es pot utilitzar en l'entorn aquós de les piles de combustible, com a part del projecte del Centre d'Innovació Energètica de la Liquid Sunshine Alliance del Ministeri d'Energia, Bell i el seu equip van recórrer a una fina capa d'ionòmer, que permet que certes molècules carregades (ions) el travessin. Exclou altres ions. A causa de les seves propietats químiques altament selectives, són particularment adequats per tenir un fort impacte en el microambient.
Chanyeon Kim, investigadora postdoctoral del grup Bell i primera autora de l'article, va proposar recobrir la superfície de catalitzadors de coure amb dos ionòmers comuns, Nafion i Sustainion. L'equip va plantejar la hipòtesi que fer-ho hauria de canviar l'entorn proper al catalitzador, inclòs el pH i la quantitat d'aigua i diòxid de carboni, d'alguna manera per dirigir la reacció per produir productes rics en carboni que es puguin convertir fàcilment en productes químics útils. Productes i combustibles líquids.
Els investigadors van aplicar una capa fina de cada ionòmer i una doble capa de dos ionòmers a una pel·lícula de coure suportada per un material polimèric per formar una pel·lícula, que podien inserir prop d'un extrem d'una cel·la electroquímica amb forma de mà. En injectar diòxid de carboni a la bateria i aplicar voltatge, van mesurar el corrent total que fluïa a través de la bateria. A continuació, van mesurar el gas i el líquid recollits al dipòsit adjacent durant la reacció. Per al cas de dues capes, van descobrir que els productes rics en carboni representaven el 80% de l'energia consumida per la reacció, més del 60% en el cas sense recobriment.
«Aquest recobriment sandvitx ofereix el millor dels dos mons: alta selectivitat del producte i alta activitat», va dir Bell. La superfície de doble capa no només és bona per a productes rics en carboni, sinó que també genera un fort corrent alhora, cosa que indica un augment de l'activitat.
Els investigadors van concloure que la resposta millorada era el resultat de l'alta concentració de CO2 acumulada al recobriment directament a sobre del coure. A més, les molècules carregades negativament que s'acumulen a la regió entre els dos ionòmers produiran una menor acidesa local. Aquesta combinació compensa els inconvenients de concentració que tendeixen a produir-se en absència de pel·lícules d'ionòmer.
Per tal de millorar encara més l'eficiència de la reacció, els investigadors van recórrer a una tecnologia prèviament provada que no requereix una pel·lícula d'ionòmer com a altre mètode per augmentar el CO2 i el pH: el voltatge pulsat. En aplicar voltatge pulsat al recobriment d'ionòmer de doble capa, els investigadors van aconseguir un augment del 250% en productes rics en carboni en comparació amb el coure sense recobriment i el voltatge estàtic.
Tot i que alguns investigadors centren el seu treball en el desenvolupament de nous catalitzadors, el descobriment del catalitzador no té en compte les condicions d'operació. Controlar l'entorn a la superfície del catalitzador és un mètode nou i diferent.
«No vam crear un catalitzador completament nou, sinó que vam utilitzar els nostres coneixements sobre la cinètica de les reaccions i vam utilitzar aquest coneixement per guiar-nos a l'hora de pensar en com canviar l'entorn del lloc del catalitzador», va dir Adam Weber, enginyer sènior. Científics en el camp de la tecnologia energètica als Laboratoris Berkeley i coautor dels articles.
El següent pas és ampliar la producció de catalitzadors recoberts. Els experiments preliminars de l'equip del Berkeley Lab van involucrar sistemes de models plans petits, que eren molt més senzills que les estructures poroses de gran àrea necessàries per a aplicacions comercials. "No és difícil aplicar un recobriment sobre una superfície plana. Però els mètodes comercials poden implicar recobrir petites boles de coure", va dir Bell. Afegir una segona capa de recobriment esdevé un repte. Una possibilitat és barrejar i dipositar els dos recobriments junts en un dissolvent i esperar que se separin quan el dissolvent s'evapori. Què passa si no ho fan? Bell va concloure: "Només hem de ser més intel·ligents". Vegeu Kim C, Bui JC, Luo X i altres. Microentorn de catalitzador personalitzat per a l'electroreducció de CO2 a productes multicarboni mitjançant un recobriment ionomèric de doble capa sobre coure. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Aquest article es reprodueix a partir del material següent. Nota: És possible que el material hagi estat editat en extensió i contingut. Per a més informació, contacteu amb la font citada.
Data de publicació: 22 de novembre de 2021
