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Nuevo catalizador convierte el contaminante en combustible


En lugar de permitir que las plantas de energía y la industria arrojen dióxido de carbono a la atmósfera, el profesor asistente de la Universidad Rice, Haotian Wang, tiene un plan para convertir los gases de efecto invernadero en productos útiles de manera ecológica.


Peter Reuell, Rice University

Wang, quien se unirá a Rice como Presidente del Fideicomisario de William Marsh Rice y profesor asistente de ingeniería química y biomolecular a fines de este año, y sus colegas han fabricado pequeños reactores que permiten que átomos individuales de níquel catalizan gases de efecto invernadero industriales en monóxido de carbono. Una materia prima industrial.

Actualmente, un compañero del Instituto Rowland en Harvard, Wang y su equipo mejoraron su sistema para usar electricidad renovable para reducir el dióxido de carbono en monóxido de carbono, un reactivo clave en varios procesos industriales. El sistema se describe en un artículo en Joule , un diario de Cell Press.

“La idea más prometedora podría ser conectar estos dispositivos con centrales eléctricas de carbón u otra industria que produzca una gran cantidad de dióxido de carbono”, dijo Wang. “Aproximadamente el 20 por ciento de esos gases son dióxido de carbono, por lo que si puede bombearlos a esta celda … y combinarlos con electricidad limpia, entonces podemos potencialmente producir químicos útiles a partir de estos desechos de manera sostenible, e incluso cerrar parte de ellos. ciclo del dióxido de carbono “.

El nuevo sistema, dijo Wang, representa un paso dramático hacia adelante desde el que él y sus colegas describieron por primera vez en un artículo de 2017 en Chem .

Ese sistema era apenas del tamaño de un teléfono celular y dependía de dos cámaras llenas de electrolitos, cada una de las cuales contenía un electrodo. El nuevo sistema es más barato y se basa en altas concentraciones de gas de dióxido de carbono y vapor de agua para operar de manera más eficiente: solo una celda de 10 por 10 centímetros, dijo Wang, puede producir hasta cuatro litros de monóxido de carbono por hora.

El nuevo sistema, dijo Wang, aborda los dos desafíos principales, el costo y la escalabilidad, que se consideraron como limitantes del enfoque inicial.

“En ese trabajo anterior, descubrimos los catalizadores de un solo átomo de níquel que son muy selectivos para reducir el dióxido de carbono al monóxido de carbono … pero uno de los desafíos que enfrentamos fue que los materiales eran caros de sintetizar”, dijo Wang. “El soporte que usábamos para anclar átomos de níquel individuales se basaba en el grafeno, lo que dificultaba mucho la ampliación si se quería producir a escala de gramo o kilogramo para su uso práctico en el futuro”.

Para abordar ese problema, dijo, su equipo recurrió a un producto comercial que es miles de veces más barato que el grafeno como soporte alternativo: el negro de carbón.

Al utilizar un proceso similar a la atracción electrostática, Wang y sus colegas pueden absorber átomos individuales de níquel (carga positiva) en defectos (carga negativa) en nanopartículas de negro de humo, y el material resultante es de bajo costo y altamente selectivo para la reducción de dióxido de carbono .

“En este momento, lo mejor que podemos producir son gramos, pero antes solo podíamos producir miligramos por lote”, dijo Wang. “Pero esto solo está limitado por el equipo de síntesis que tenemos; si tuvieras un tanque más grande, podrías hacer kilogramos o incluso toneladas de este catalizador”.

En el futuro, dijo Wang, el sistema aún tiene desafíos que superar, particularmente en relación con la estabilidad.

“Si desea utilizar esto para generar un impacto económico o ambiental, debe tener una operación continua de miles de horas”, dijo. “En este momento, podemos hacer esto durante decenas de horas, así que todavía hay una gran brecha, pero creo que esos problemas se pueden abordar con un análisis más detallado tanto del catalizador de reducción de dióxido de carbono como del catalizador de oxidación del agua”.

En última instancia, dijo Wang, puede llegar el día en que la industria pueda capturar el dióxido de carbono que ahora se libera a la atmósfera y transformarlo en productos útiles.

“El monóxido de carbono no es un producto químico particularmente de alto valor”, dijo Wang. “Para explorar más posibilidades, mi grupo también ha desarrollado varios catalizadores a base de cobre que pueden reducir aún más el dióxido de carbono en productos que son mucho más valiosos”.

Más información: Tingting Zheng et al. Reducción electrocatalítica de CO2 a gran escala y altamente selectiva en el catalizador de níquel de un solo átomo, Joule (2018). DOI: 10.1016 / j.joule.2018.10.015 

Referencia del diario: Chem Joule   

Proporcionado por: Rice University

Información de: phys.org


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