Em qualquer dia, mais de 2 milhões de libras de dióxido de carbono são bombeados para a atmosfera a partir das fábricas, emissões de automóveis e caminhões e a queima de carvão e gás natural para gerar eletricidade.

Para muitos, é um motivo de preocupação ambiental, mas para Haotian Wang, é a matéria-prima perfeita.

Membro do Rowland Institute em Harvard, Wang e sua equipe de pesquisa desenvolveram um sistema que usa eletricidade renovável para transformar eletroquimicamente dióxido de carbono em monóxido de carbono - uma commodity essencial usada em vários processos industriais. A eficiência de conversão de energia da luz solar em CO pode ser tão alta quanto 12,7%, mais de uma ordem de magnitude maior do que a fotossíntese natural. O dispositivo é descrito em um artigo recente publicado em Chem .

"Basicamente, o que é uma forma de fotossíntese artificial, "Disse Wang." Em uma planta, luz solar, O CO2 e a água se transformam em açúcar e oxigênio. Em nosso sistema, a entrada é a luz do sol, CO2 e água, e produzimos CO e oxigênio. "

Essa reação ocorre em um dispositivo de aparência despretensiosa, mal do tamanho de um smartphone, que inclui duas câmaras cheias de eletrólito separadas por uma membrana de troca iônica.

Em um site, um eletrodo alimentado por energia renovável oxida as moléculas de água em gás oxigênio e libera prótons. Esses prótons se movem para a outra câmara onde - com a ajuda de um catalisador de átomo único de metal cuidadosamente projetado - eles se ligam às moléculas de dióxido de carbono, criando água e monóxido de carbono.

"O desafio é que a maioria dos catalisadores conhecidos tendem a produzir gás hidrogênio, "Disse Wang." Então é difícil, quando você divide a água, para evitar que os prótons se combinem para formar o gás hidrogênio. O que precisávamos era um catalisador que pudesse impedir a evolução do hidrogênio e, em vez disso, pudesse injetar com eficiência esses prótons em CO2, alcançando assim uma alta seletividade para redução de CO2. "

Infelizmente, os dois catalisadores mais conhecidos são ouro e prata - metais preciosos que são muito caros para tornar a reação econômica em grande escala.

"Então, começamos olhando para materiais de baixo custo, como o níquel, ferro e cobalto, que são todos abundantes na Terra, "Kun Jiang disse, que é pós-doutorando no grupo Wang e o primeiro autor deste trabalho. "Mas o problema é que todos são catalisadores de hidrogênio muito bons, então eles querem produzir gás hidrogênio.

Além disso, eles podem ser facilmente envenenados por monóxido de carbono, "ele acrescentou." Mesmo se você conseguir usá-los para reduzir o CO2, o CO resultante se liga fortemente à superfície, impedindo que quaisquer outras reações ocorram. "

Para resolver esses problemas, Wang e seus colaboradores de Stanford, Prof. Yi Cui e Prof. Jens Nørskov, começou a trabalhar para "sintonizar" as propriedades eletrônicas dos metais. Dra. Samira Siahrostami, um cientista da equipe do grupo Prof. Nørskov racionalizou a natureza dos locais ativos por modelagem em escala atômica e descobriu que a dispersão de metais de níquel em átomos individuais isolados, que estão presos em vagas de grafeno, produziu um material ansioso para reagir com o dióxido de carbono e disposto a liberar o monóxido de carbono resultante.

Esse monóxido de carbono, Wang disse, pode então ser usado em uma série de processos industriais.

"O monóxido de carbono é um produto da indústria muito importante, "Disse Wang." Pode ser usado na produção de plásticos, para fazer produtos de hidrocarbonetos ou pode ser queimado como combustível. É amplamente utilizado na indústria. "

Em última análise, no entanto, a esperança é que um dia o sistema possa ser ampliado o suficiente para eliminar o dióxido de carbono da atmosfera em um esforço para combater a mudança climática global.

"A ideia básica era se podemos capturar o CO2 existente e usar eletricidade renovável, da energia solar ou eólica, para reduzi-lo em produtos químicos úteis, "Wang disse, "então podemos possivelmente formar um ciclo de carbono."