ptenfrdeitrues

Site In English França

sexta, dezembro 14, 2018
Você está aqui:SmartScience Magazine»Ciências Físicas & Tecnologia»Matéria & Energia»Transformando o dióxido de carbono em combustíveis industriais
domingo, 11 novembro 2018 15:34

Transformando o dióxido de carbono em combustíveis industriais Destaque

Escrito por
Classifique este item
(0 votos)
"Para explorar mais possibilidades, o meu grupo também desenvolveu vários catalisadores à base de cobre que podem reduzir ainda mais o CO2 em produtos que são muito mais valiosos", disse Haotian Wang. "Para explorar mais possibilidades, o meu grupo também desenvolveu vários catalisadores à base de cobre que podem reduzir ainda mais o CO2 em produtos que são muito mais valiosos", disse Haotian Wang. Credit: Jon Chase/Harvard Staff Photographer

Um dia, num futuro não muito distante, os gases provenientes de centrais de produção  e indústrias pesadas, em vez de os largar na atmosfera, poderiam ser capturados e transformados quimicamente de gases de efeito estufa como dióxido de carbono em combustíveis industriais ou químicos graças a um novo sistema. que pode usar electricidade renovável para reduzir o dióxido de carbono em monóxido de carbono - uma commodity chave usada em vários processos industriais.

Imagine um dia em que - em vez de ser largado na atmosfera - os gases provenientes de centrais de produção de energia e indústrias pesadas são capturados e alimentados em reactores catalíticos que transformam quimicamente gases de efeito estufa como o dióxido de carbono em combustíveis industriais ou químicos e emitem apenas oxigénio. .

É um futuro que Haotian Wang diz estar mais perto do que muitos imaginam.

Um membro do Rowland Institute em Harvard, Wang e seus colegas desenvolveram um sistema aprimorado para usar a electricidade renovável para reduzir o dióxido de carbono em monóxido de carbono - uma commodity chave usada em vários processos industriais. O sistema é descrito em um artigo de 8 de Novembro publicado na Joule, uma recém-lançada revista irmã da Cell Press.

"A ideia mais promissora pode ser conectar esses dispositivos a fábricas a carvão ou a outras indústrias que produzem muito CO2", disse Wang. "Cerca de 20% desses gases são CO2, então se você puder bombeá-los para essa célula ... e combiná-los com electricidade limpa, então poderemos potencialmente produzir produtos químicos úteis a partir desses resíduos de maneira sustentável, e até mesmo fechar parte esse ciclo de CO2 ".

O novo sistema, disse Wang, representa um passo dramático em relação ao que ele e seus colegas descreveram pela primeira vez num documento de 2017 da Chem.

Onde o sistema antigo era do tamanho de um telefone móvel e dependia de duas câmaras cheias de electrólitos, cada uma contendo um eléctrodo, o novo sistema é mais barato e conta com altas concentrações de gás CO2 e vapor de água para operar com mais eficiência. Apenas uma célula de 10 por 10 centímetros, segundo Wang, pode produzir até quatro litros de CO por hora.

O novo sistema, disse Wang, aborda os dois principais desafios - custo e escalabilidade - que foram vistos como limitadores da abordagem inicial.

"Naquele trabalho anterior, descobrimos os catalisadores de níquel-átomo, que são muito selectivos para reduzir o CO2 ao CO ... mas um dos desafios que enfrentamos foi que os materiais eram caros de sintetizar", disse Wang. "O suporte que estávamos usando para ancorar os átomos de níquel foi baseado no grafeno, o que dificultou muito a ampliação se você quisesse produzi-lo em escala grama ou até quilograma para uso prático no futuro."

Para resolver esse problema, ele disse, sua equipe se voltou para um produto comercial que é milhares de vezes mais barato que o grafeno como suporte alternativo - o negro de fumo.

Usando um processo semelhante à atracção electrostática, Wang e seus colegas são capazes de absorver átomos de níquel único (carregados positivamente) em defeitos (carregados negativamente) em nanopartículas de negro de fumo, com o material resultante sendo de baixo custo e altamente selectivo para redução de CO2.

"Agora, o melhor que podemos produzir é gramas, mas antes só podíamos produzir miligramas por lote", disse Wang. "Mas isso é limitado apenas pelo equipamento de síntese que temos; se você tivesse um tanque maior, poderia produzir quilos ou mesmo toneladas desse catalisador".

O outro desafio que Wang e seus colegas tiveram que superar estava ligado ao fato de que o sistema original só funcionava em uma solução líquida.

O sistema inicial funcionava usando um eléctrodo numa câmara para dividir as moléculas de água em oxigénio e protões. À medida que o oxigénio borbulhava, os protões conduzidos pela solução líquida se moviam para a segunda câmara, onde - com a ajuda do catalisador de níquel - eles se ligavam ao CO2 e separavam a molécula, deixando CO e água. Essa água poderia então ser alimentada de volta para a primeira câmara, onde seria novamente dividida, e o processo começaria de novo.

"O problema era que, o CO2 que podemos reduzir nesse sistema são apenas aqueles dissolvidos na água; a maioria das moléculas em torno do catalisador era água", disse ele. "Havia apenas uma pequena quantidade de CO2, então era bem ineficiente."

Embora seja tentador simplesmente aumentar a tensão aplicada no catalisador para aumentar a taxa de reacção, isso pode ter a consequência não intencional de dividir a água, não reduzindo o CO2, disse Wang.

"Se você esvaziar o CO2 que está próximo ao eléctrodo, outras moléculas precisam se difundir no eléctrodo, e isso leva tempo", disse Wang. "Mas se você está aumentando a voltagem, é mais provável que a água ao redor aproveite a oportunidade para reagir e se dividir em hidrogénio e oxigénio."

A solução provou ser relativamente simples - para evitar a divisão da água, a equipe tirou o catalisador da solução.

"Substituímos essa água líquida por vapor de água e alimentamos gás CO2 de alta concentração", disse ele. "Então, se o sistema antigo tivesse mais de 99% de água e menos de 1% de CO2, agora podemos inverter completamente isso e bombear 97% de gás CO2 e apenas 3% de vapor de água para este sistema. Antes disso, a água líquida também funciona como ião condutores no sistema, e agora usamos membranas de troca iónica para ajudar os iões a se moverem sem água líquida.

"O impacto é que podemos entregar uma ordem de magnitude maior densidade de corrente", continuou ele. "Anteriormente, estávamos operando a cerca de dez miliamperes por centímetro quadrado, mas hoje podemos facilmente aumentar para até 100 miliamperes."

Indo adiante, disse Wang, o sistema ainda tem desafios a superar - particularmente relacionados à estabilidade.

"Se você quiser usar isso para causar um impacto económico ou ambiental, precisa ter uma operação contínua de milhares de horas", disse ele. "Neste momento, podemos fazer isso por dezenas de horas, então ainda há uma grande lacuna, mas acredito que esses problemas podem ser resolvidos com uma análise mais detalhada do catalisador de redução de CO2 e do catalisador de oxidação da água."

Em última análise, disse Wang, pode chegar o dia em que a indústria será capaz de capturar o CO2 que agora é liberado na atmosfera e transformá-lo em produtos úteis.

"O monóxido de carbono não é um produto químico de alto valor", disse Wang. "Para explorar mais possibilidades, meu grupo também desenvolveu vários catalisadores baseados em cobre que podem reduzir ainda mais o CO2 em produtos que são muito mais valiosos".

Wang creditou a liberdade que desfrutou no Instituto Rowland por ajudar a levar a avanços como o novo sistema.

"Rowland me proporcionou, como pesquisador em início de carreira, uma grande plataforma de pesquisa independente, que inicia uma grande parte das directrizes de pesquisa que meu grupo continuará a promover", disse Wang, que recentemente aceitou um cargo na Rice University. "Definitivamente vou sentir falta dos meus dias aqui."

Story Source:

Materials provided by Harvard University. Original written by Peter Reuell. Note: Content may be edited for style and length.


Jornal de Referência:

  1. Tingting Zheng, Kun Jiang, Na Ta, Yongfeng Hu, Jie Zeng, Jingyue Liu, Haotian Wang. Large-Scale and Highly Selective CO2 Electrocatalytic Reduction on Nickel Single-Atom CatalystJoule, 2018; DOI: 10.1016/j.joule.2018.10.015
Ler 45 vezes

Deixe um comentário

Make sure you enter all the required information, indicated by an asterisk (*). HTML code is not allowed.

Usamos cookies para melhorar nosso site e sua experiência ao usá-lo. Os cookies utilizados para o funcionamento essencial deste site já foram definidos. To find out more about the cookies we use and how to delete them, see our privacy policy.

  I accept cookies from this site.
EU Cookie Directive Module Information