Um CO recorde 2 taxas de conversão a temperaturas relativamente baixas em uma versão modificada de looping químico de RWGS usando um novo óxido de cobre-índio. Crédito:Waseda University
Com o agravamento da mudança climática, há uma necessidade crescente de tecnologias que possam capturar e usar o CO atmosférico 2 (dióxido de carbono) e reduzir nossa pegada de carbono. No reino das energias renováveis, CO 2 à base de e-combustíveis surgiram como uma tecnologia promissora que tenta converter CO atmosférico 2 em combustíveis limpos. O processo envolve a produção de gás sintético ou gás de síntese (uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono (CO)). Com a ajuda da reação de deslocamento reverso de água-gás (RWGS), CO 2 é dividido no CO necessário para o gás de síntese. Embora seja promissor em sua eficiência de conversão, a reação RWGS requer temperaturas incrivelmente altas (> 700 ° C) para prosseguir, ao mesmo tempo que gera subprodutos indesejados.
Para resolver esses problemas, cientistas desenvolveram uma versão modificada de looping químico da reação RWGS que converte CO 2 para CO em um método de duas etapas. Primeiro, um óxido de metal, usado como um material de armazenamento de oxigênio, é reduzido pelo hidrogênio. Subseqüentemente, é reoxidado por CO 2 , produzindo CO. Este método é livre de subprodutos indesejáveis, torna a separação de gás mais simples, e pode ser viabilizado em temperaturas mais baixas dependendo do óxido escolhido. Consequentemente, os cientistas têm procurado materiais óxidos que exibam altas taxas de redução de oxidação sem exigir altas temperaturas.
Em um estudo recente publicado em Ciência Química , cientistas da Universidade Waseda e ENEOS Corporation no Japão revelaram que um novo óxido de índio modificado com cobre (Cu-In 2 O 3 ) exibe um CO recorde 2 taxa de conversão de 10 mmolh -1 g -1 a temperaturas relativamente modestas (400-500 ° C), tornando-se um líder entre os materiais de armazenamento de oxigênio necessários para CO de baixa temperatura 2 conversão. Para entender melhor esse comportamento, a equipe investigou as propriedades estruturais do óxido de Cu-In junto com a cinética envolvida na reação química de looping RWGS.
Uma versão de looping químico da reação reversa de deslocamento água-gás (RWGS-CL) pode ajudar a converter dióxido de carbono em monóxido de carbono em temperaturas muito mais baixas, sem subprodutos indesejáveis, permitindo uma separação de gás simples Crédito:Yasushi Sekine da Universidade Waseda
Os cientistas realizaram análises baseadas em raios-X e descobriram que a amostra continha inicialmente um material parental, Cu2In 2 O 5 , que foi primeiro reduzido por hidrogênio para formar uma liga de Cu-In e óxido de índio (In 2 O 3 ) e, em seguida, oxidado por CO 2 para produzir Cu-In 2 O 3 e CO. Os dados de raios-X revelaram ainda que sofreu oxidação e redução durante a reação, fornecendo a pista chave para os cientistas. "As medições de raios-X deixaram claro que a reação RWGS quimicamente em loop é baseada na redução e oxidação do índio, que leva à formação e oxidação da liga Cu-In, "explica o professor Yasushi Sekine da Universidade Waseda, quem conduziu o estudo.
As investigações cinéticas forneceram mais informações sobre a reação. A etapa de redução revelou que o Cu foi responsável pela redução do óxido de índio em baixas temperaturas, enquanto a etapa de oxidação mostrou que a superfície da liga de Cu-In preservou um estado altamente reduzido enquanto seu volume foi oxidado. Isso permitiu que a oxidação acontecesse duas vezes mais rápido que a de outros óxidos. A equipe atribuiu este comportamento de oxidação peculiar a uma rápida migração de íons de oxigênio carregados negativamente da superfície da liga de Cu-In para seu volume, que auxiliou na oxidação em massa preferencial.
Os resultados têm, bastante esperado, entusiasmou os cientistas sobre as perspectivas futuras dos óxidos de cobre-índio. “Dada a situação atual de emissão de carbono e aquecimento global, um processo de conversão de dióxido de carbono de alto desempenho é altamente desejado. Embora a reação RWGS quimicamente em loop funcione bem com muitos materiais óxidos, nosso romance Cu-In-óxido aqui mostra um desempenho notavelmente superior do que qualquer um deles. Esperamos que isso contribua significativamente para reduzir nossa pegada de carbono e direcionar a humanidade em direção a um futuro mais sustentável ", conclui Sekine.
