Badanie przeprowadzone na Uniwersytecie Northwestern przedstawia opłacalny katalizator wykonany z molibdenu i cukru stołowego, który przekształca dwutlenek węgla w tlenek węgla, zapewniając realny sposób przekształcania wychwyconego węgla w przydatne produkty, takie jak prekursory paliw.
Nowy katalizator może stanowić potencjalne rozwiązanie w zakresie wykorzystania wychwyconego węgla.
Nowy katalizator wykonany z niedrogiego i powszechnie występującego metalu, zwykłego cukru stołowego, ma zdolność niszczenia dwutlenku węgla (CO2).2) Gaz.
W nowym badaniu przeprowadzonym przez Northwestern University katalizator skutecznie przekształcił dwutlenek węgla2 na tlenek węgla (CO), ważny element budulcowy do produkcji szeregu korzystnych substancji chemicznych. Gdy reakcja zachodzi w obecności wodoru, na przykład CO2 Wodór przekształca się w gaz syntetyczny (lub gaz syntezowy), cenny materiał do produkcji paliwa, które może zastąpić benzynę.
Dzięki niedawnym postępom w technologiach wychwytywania dwutlenku węgla wychwytywanie dwutlenku węgla po spalaniu stało się rozsądną opcją pomagającą zaradzić światowemu kryzysowi związanemu ze zmianą klimatu. Otwartym pytaniem pozostaje jednak, jak postępować z wychwyconym dwutlenkiem węgla. Nowy katalizator potencjalnie zapewnia rozwiązanie pozwalające wyeliminować potężny gaz cieplarniany poprzez przekształcenie go w bardziej wartościowy produkt.
Badanie zostanie opublikowane w numerze magazynu z 3 maja Nauki.
„Nawet jeśli przestaniemy emitować dwutlenek węgla2 Teraz nasza atmosfera nadal będzie zawierać nadmiar dwutlenku węgla2 „Jest to wynik działalności przemysłowej prowadzonej od wieków” – stwierdziła Milad Khoshoui z Northwestern University, która współprowadziła badania. „Nie ma jednego rozwiązania tego problemu. Musimy zredukować emisję dwutlenku węgla2 emisje I Znajdź nowe sposoby na redukcję dwutlenku węgla2 Stężenie już obecne w atmosferze. Musimy skorzystać ze wszystkich możliwych rozwiązań.”
Ten diagram przedstawia pełny proces tworzenia katalizatora i wykorzystania go do konwersji dwutlenku węgla. Źródło: Milad Khoshoui
„Nie jesteśmy pierwszą grupą badawczą zajmującą się konwersją dwutlenku węgla2 „Do innego producenta” – powiedział Omar K. Farha z Northwestern University jest głównym autorem badania. „Aby jednak proces był naprawdę praktyczny, wymagany jest katalizator spełniający kilka kluczowych kryteriów: przystępność cenowa, stabilność, łatwość produkcji i skalowalność. Kluczowe znaczenie ma zrównoważenie tych czterech elementów. Na szczęście nasz materiał doskonale spełnia te wymagania.
Ekspert w dziedzinie technologii wychwytywania dwutlenku węgla, Farha jest profesorem chemii Charlesa E. i Emmy H. Morrison w Weinberg College of Arts and Sciences w Northwestern. Po rozpoczęciu tej pracy z tytułem doktora. Khoshwai jest kandydatem na Uniwersytecie Calgary w Kanadzie, a obecnie odbywa staż podoktorski w laboratorium Farha.
Rozwiązania ze sklepu
Sekretem nowego katalizatora jest węglik molibdenu, niezwykle twardy materiał ceramiczny. W przeciwieństwie do wielu innych katalizatorów wymagających drogich metali, takich jak platyna czy pallad, molibden jest niedrogim, nieszlachetnym metalem, który występuje powszechnie na Ziemi.
Aby przekształcić molibden w węglik molibdenu, naukowcy potrzebowali źródła węgla. Odkryli tanią opcję w nieoczekiwanym miejscu: spiżarni. Co zaskakujące, cukier – biały, ziarnisty rodzaj, który można znaleźć w prawie każdym gospodarstwie domowym – służył jako wygodne i niedrogie źródło atomów węgla.
„Każdego dnia, gdy próbowałem wyprodukować te materiały, przynosiłem cukier z domu do laboratorium” – powiedział Khoshoui. „W porównaniu z innymi klasami materiałów powszechnie stosowanych w katalizatorach, nasze produkty są niewiarygodnie niedrogie”.
Skuteczna i stabilna selektywność
Podczas testowania katalizatora Farha, Khoshoui i ich współpracownicy byli pod wrażeniem jego sukcesu. Działa pod ciśnieniem otoczenia i w wysokich temperaturach (300-600 stopni). Celsjusz), przekształcony katalizator CO2 na dwutlenek węgla ze 100% selektywnością.
Wysoka selektywność oznacza, że katalizator działa wyłącznie na dwutlenku węgla2 Bez uszkadzania otaczających materiałów. Innymi słowy, przemysł może zastosować katalizator do dużych ilości wychwyconych gazów i selektywnie kierować wyłącznie dwutlenek węgla.2. Katalizator również pozostawał stabilny w czasie, co oznacza, że pozostawał aktywny i nie ulegał rozkładowi.
„W chemii nierzadko zdarza się, że katalizator traci swoją selektywność po kilku godzinach” – stwierdziła Farha. „Ale po 500 godzinach w trudnych warunkach jego selektywność nie uległa zmianie”.
Jest to szczególnie godne uwagi, ponieważ CO2 Jest to stabilna i uparta cząsteczka.
„Konwersja CO2 „To nie jest łatwe” – powiedział Khoshuai. „Ko2 Jest to cząsteczka stabilna chemicznie i musieliśmy przezwyciężyć tę stabilność, co wymaga dużo energii.
Tandemowe podejście do oczyszczania węgla
Opracowywanie materiałów potrzebnych do wychwytywania dwutlenku węgla jest głównym przedmiotem zainteresowania Farha Lab. Jego grupa opracowuje struktury metaloorganiczne (Metalowe ramy organiczne), klasa wysoce porowatych materiałów w nanowymiarach, które Farha porównuje do „wyrafinowanych, programowalnych gąbek kąpielowych”. Farha bada MOF pod kątem różnorodnych zastosowań, w tym wychwytywania dwutlenku węgla2 Bezpośrednio z powietrza.
Farha twierdzi, że MOF i nowy katalizator mogłyby współpracować, aby odegrać rolę w wychwytywaniu i sekwestracji dwutlenku węgla.
„W pewnym momencie moglibyśmy użyć MOF do wychwytywania dwutlenku węgla, a następnie zastosować katalizator, który zamieni go w coś bardziej użytecznego” – zasugerowała Farha. „System tandemowy, w którym wykorzystuje się dwa różne materiały w dwóch kolejnych etapach, mógłby być rozwiązaniem”.
„To może pomóc nam odpowiedzieć na pytanie: co robimy z wychwyconym dwutlenkiem węgla?2– dodał Khushui. „W tej chwili plan zakłada wyizolowanie go pod ziemią, ale podziemne zbiorniki muszą spełniać kilka wymagań, aby bezpiecznie i trwale magazynować dwutlenek węgla”.2. Chcieliśmy zaprojektować bardziej uniwersalne rozwiązanie, które można zastosować w dowolnym miejscu, jednocześnie dodając wartość ekonomiczną.
Odniesienie: „Aktywny i stabilny sześcienny katalizator z węglika molibdenu do wysokotemperaturowej odwracalnej reakcji transformacji wody i gazu” autorstwa Milada Ahmadi Khoshui, Shijun Wang, Gerardo Vitale, Philip Formalek, Kent O. Kerlikovalli, Randall Q. Senor, Pedro Pereira-Almao i Omar K. Farha, 2 maja 2024 r., Nauki.
doi: 10.1126/science.adl1260
Badanie to uzyskało wsparcie Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, Narodowej Fundacji Nauki oraz Kanadyjskiej Rady ds. Nauk Przyrodniczych i Inżynierii.
