Aisulu Aitbekova, deixou, e Matteo Cargnello na frente do reator onde Aitbekova realizou muitos dos experimentos para este projeto. Crédito:L.A. Cicero
Imagine pegar o dióxido de carbono do escapamento de carros e outras fontes e transformar esse principal gás de efeito estufa em combustíveis como gás natural ou propano:um sonho de sustentabilidade se tornando realidade.
Vários estudos recentes mostraram algum sucesso nesta conversão, mas uma nova abordagem dos engenheiros da Universidade de Stanford produz quatro vezes mais etano, propano e butano do que os métodos existentes que usam processos semelhantes. Embora não seja uma panaceia para o clima, o avanço poderia reduzir significativamente o impacto de curto prazo sobre o aquecimento global.
"Pode-se imaginar um ciclo neutro em carbono que produz combustível a partir do dióxido de carbono e o queima, criando novo dióxido de carbono que então é transformado em combustível, "disse Matteo Cargnello, um professor assistente de engenharia química em Stanford que liderou a pesquisa, publicado em Angewandte Chemie .
Embora o processo ainda seja apenas um protótipo baseado em laboratório, os pesquisadores esperam que ele possa ser expandido o suficiente para produzir quantidades utilizáveis de combustível. Muito trabalho resta, Contudo, antes que o consumidor médio seja capaz de comprar produtos baseados em tais tecnologias. As próximas etapas incluem tentar reduzir os subprodutos prejudiciais dessas reações, como o poluente tóxico monóxido de carbono. O grupo também está desenvolvendo maneiras de fazer outros produtos benéficos, não apenas combustíveis. Um desses produtos são as olefinas, que podem ser usados em várias aplicações industriais e são os principais ingredientes para plásticos.
Duas etapas em uma
Esforços anteriores para converter CO 2 para abastecer envolveu um processo de duas etapas. A primeira etapa reduz o CO 2 para monóxido de carbono, então, o segundo combina o CO com o hidrogênio para produzir combustíveis de hidrocarbonetos. O mais simples desses combustíveis é o metano, mas outros combustíveis que podem ser produzidos incluem etano, propano e butano. O etano é um parente próximo do gás natural e pode ser usado industrialmente para fazer etileno, um precursor de plásticos. O propano é comumente usado para aquecer casas e churrasqueiras a gás. O butano é um combustível comum em isqueiros e fogões de acampamento.
Cargnello achou que completar as duas etapas em uma única reação seria muito mais eficiente, e começou a criar um novo catalisador que pudesse simultaneamente retirar uma molécula de oxigênio do CO 2 e combiná-lo com hidrogênio. (Os catalisadores induzem reações químicas sem serem usados na própria reação.) A equipe teve sucesso ao combinar nanopartículas de rutênio e óxido de ferro em um catalisador.
"Esta pepita de rutênio fica no centro e é encapsulada em uma bainha externa de ferro, "disse Aisulu Aitbekova, candidato a doutorado no laboratório de Cargnello e principal autor do artigo. "Esta estrutura ativa a formação de hidrocarbonetos a partir de CO 2 . Melhora o processo do início ao fim. "
A equipe não se propôs a criar essa estrutura de núcleo-shell, mas a descobriu através da colaboração com Simon Bare, distinto cientista da equipe, e outros no SLAC National Accelerator Laboratory. As sofisticadas tecnologias de caracterização de raios-X do SLAC ajudaram os pesquisadores a visualizar e examinar a estrutura de seu novo catalisador. Sem esta colaboração, Cargnello disse que não teriam descoberto a estrutura ideal.
"Foi quando começamos a projetar este material diretamente em uma configuração de núcleo-casca. Em seguida, mostramos que, uma vez que fizemos isso, os rendimentos de hidrocarbonetos melhoram tremendamente, "Cargnello disse." É algo sobre a estrutura que ajuda especificamente as reações. "
Cargnello acredita que os dois catalisadores agem como uma dupla para melhorar a síntese. Ele suspeita que o rutênio torna o hidrogênio quimicamente pronto para se ligar ao carbono do CO 2 . O hidrogênio então se derrama sobre a casca de ferro, o que torna o dióxido de carbono mais reativo.
Quando o grupo testou seu catalisador no laboratório, eles descobriram que o rendimento de combustíveis como o etano, o propano e o butano eram muito mais elevados do que o catalisador anterior. Contudo, o grupo ainda enfrenta alguns desafios. Eles gostariam de reduzir o uso de metais nobres como o rutênio, e otimizar o catalisador para que ele possa fazer seletivamente apenas combustíveis específicos.
