Um catalisador barato feito de açúcar tem a capacidade de destruir o dióxido de carbono

Um estudo da Northwestern University apresenta um catalisador econômico feito de molibdênio e açúcar de mesa que converte dióxido de carbono em monóxido de carbono, fornecendo uma maneira viável de converter o carbono capturado em produtos úteis, como precursores de combustível.

O novo catalisador pode fornecer uma solução potencial para o uso do carbono capturado.

Um novo catalisador feito de um metal barato e abundante, o açúcar de mesa comum, tem a capacidade de destruir o dióxido de carbono (CO2).₂) Gás.

Num novo estudo conduzido pela Northwestern University, o catalisador converteu com sucesso dióxido de carbono₂ ao monóxido de carbono (CO), um importante alicerce para a produção de uma variedade de produtos químicos benéficos. Quando a reação ocorre na presença de hidrogênio, por exemplo, CO₂ O hidrogênio é convertido em gás sintético (ou gás de síntese), um material valioso para a produção de combustível que pode substituir a gasolina.

Com os recentes avanços nas tecnologias de captura de carbono, a captura de carbono pós-combustão tornou-se uma opção razoável para ajudar a enfrentar a crise global das alterações climáticas. Mas como lidar com o carbono capturado permanece uma questão em aberto. O novo catalisador fornece potencialmente uma solução para eliminar o poderoso gás de efeito estufa, convertendo-o num produto mais valioso.

O estudo será publicado na edição de 3 de maio da revista Ciências.

“Mesmo se pararmos de emitir dióxido de carbono₂ Agora, a nossa atmosfera ainda conterá um excesso de dióxido de carbono₂ “É o resultado de atividades industriais de séculos passados”, disse Milad Khoshoui, da Northwestern University, que co-liderou o estudo. “Não existe uma solução única para este problema. Precisamos reduzir o dióxido de carbono.₂ emissões E Encontre novas maneiras de reduzir o dióxido de carbono₂ Concentração já presente na atmosfera. Devemos aproveitar todas as soluções possíveis.”

Este diagrama mostra o processo completo de criação de um catalisador e seu uso para converter dióxido de carbono. Crédito: Milad Khoshoui

“Não somos o primeiro grupo de pesquisa a converter dióxido de carbono₂ “Passamos para outro produto”, disse Omar K.. Farha, da Northwestern University, é o autor sênior do estudo. “No entanto, para que o processo seja verdadeiramente prático, é necessário um catalisador que atenda a vários critérios críticos: acessibilidade, estabilidade, facilidade de produção e escalabilidade. Felizmente, nosso material é excelente para atender a esses requisitos.

Especialista em tecnologias de captura de carbono, Farha é professor de química Charles E. e Emma H. ​​​​Morrison no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern. Depois de iniciar este trabalho com um doutorado. Khoshwai é candidato na Universidade de Calgary, no Canadá, e agora faz pós-doutorado no laboratório de Farha.

Soluções da loja

O segredo por trás do novo catalisador é o carboneto de molibdênio, um material cerâmico extremamente duro. Ao contrário de muitos outros catalisadores que requerem metais caros, como platina ou paládio, o molibdênio é um metal barato e não precioso que é abundante na Terra.

Para converter o molibdênio em carboneto de molibdênio, os cientistas precisavam de uma fonte de carbono. Descobriram uma opção barata num lugar inesperado: a despensa. Surpreendentemente, o açúcar – o tipo branco e granular encontrado em quase todos os lares – serviu como uma fonte conveniente e barata de átomos de carbono.

“Todos os dias eu tentava fabricar esses materiais, trazia açúcar da minha casa para o laboratório”, disse Khoshoui. “Quando comparados com outras classes de materiais comumente usados ​​em catalisadores, nossos produtos são incrivelmente baratos.”

Seletividade bem sucedida e estável

Ao testar o catalisador, Farha, Khoshoui e seus colaboradores ficaram impressionados com o seu sucesso. Opera em pressões ambientes e altas temperaturas (300-600 graus). Celsius), o catalisador convertido CO₂ ao dióxido de carbono com 100% de seletividade.

Alta seletividade significa que o catalisador opera apenas com dióxido de carbono₂ Sem danificar os materiais circundantes. Por outras palavras, a indústria pode aplicar o catalisador a grandes quantidades de gases capturados e visar selectivamente apenas o dióxido de carbono.₂. O catalisador também permaneceu estável ao longo do tempo, o que significa que permaneceu ativo e não se decompôs.

“Na química, não é incomum que um catalisador perca sua seletividade após algumas horas”, disse Farha. “Mas depois de 500 horas em condições adversas, a sua seletividade não mudou.”

Isto é especialmente notável porque o CO₂ É uma molécula estável e teimosa.

“Conversão de CO₂ “Não é fácil”, disse Khoshuai. “Ko₂ É uma molécula quimicamente estável, e tivemos que superar essa estabilidade, que exige muita energia.

A abordagem tandem para limpeza de carbono

O desenvolvimento de materiais necessários para capturar carbono é o foco principal do Farha Lab. Seu grupo está desenvolvendo estruturas metal-orgânicas (Estruturas metálicas orgânicas), uma classe de materiais altamente porosos e de tamanho nanométrico que Farha compara a “esponjas de banho sofisticadas e programáveis”. Farha está explorando MOFs para diversas aplicações, incluindo captura de dióxido de carbono₂ Diretamente do ar.

Agora, Farha diz que o MOF e o novo catalisador poderiam trabalhar juntos para desempenhar um papel na captura e sequestro de carbono.

“Em algum momento, poderíamos usar MOFs para capturar dióxido de carbono, seguido por um catalisador para convertê-lo em algo mais útil”, sugeriu Farha. “Um sistema tandem que utiliza dois materiais diferentes para duas etapas sequenciais pode ser o caminho a seguir.”

“Isso pode nos ajudar a responder à pergunta: o que fazemos com o dióxido de carbono capturado?₂“Khushui acrescentou. “Neste momento, o plano é isolá-lo no subsolo, mas os reservatórios subterrâneos devem cumprir vários requisitos para armazenar dióxido de carbono de forma segura e permanente.”₂. Queríamos projetar uma solução mais universal que pudesse ser usada em qualquer lugar e ao mesmo tempo agregar valor econômico.

Referência: “Catalisador de carboneto de molibdênio cúbico ativo e estável para reação de transformação reversível água-gás em alta temperatura” por Milad Ahmadi Khoshui, Shijun Wang, Gerardo Vitale, Philip Formalek, Kent O. Kerlikovalli, Randall Q. Senor, Pedro Pereira-Almao e Omar K. Farha, 2 de maio de 2024, Ciências.
doi: 10.1126/science.adl1260

Este estudo foi apoiado pelo Departamento de Energia dos EUA, pela National Science Foundation e pelo Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá.