Pesquisadores revelam gargalos indescritíveis que impedem o esforço global para converter resíduos de dióxido de carbono em produtos utilizáveis
Esquema dos dois CO2 células de eletrólise utilizadas neste trabalho. um suporte LP-(S)TEM in-situ Protochips Poseidon que consiste em um eletrodo de trabalho de carbono vítreo decorado com Pd dentro de uma célula eletroquímica de microchip. b Célula eletroquímica de dois compartimentos que consiste em um eletrodo de trabalho de carbono vítreo decorado com Pd de grande formato para CO eletroquímico2 Medições de atividade e seletividade de R. c Imagens SEM do eletrodo de trabalho do microchip TEM in-situ revestido com partículas de Pd eletrodepositadas. d Micrografia do eletrodo de carbono vítreo de grande formato e imagem SEM das partículas de Pd eletrodepositadas. e Medições de voltametria cíclica de partículas de Pd eletrodepositadas medidas na célula eletroquímica do microchip TEM in-situ. f Medições de voltametria cíclica de partículas de Pd eletrodepositadas medidas na célula de dois compartimentos usando o eletrodo de grande formato. Observe que todas as medições de voltametria cíclica foram coletadas em KHCO 0,1 M saturado com N23 a uma taxa de varredura de 50 mV/s. Crédito:Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45096-3 Pense nisso como uma reciclagem em nanoescala:um processo eletroquímico tentador que pode coletar carbono antes que ele se torne poluição do ar e reestruturá-lo em componentes de produtos de uso diário.
O esforço para capturar dióxido de carbono atmosférico de resíduos industriais e transformá-lo em combustível e plásticos está ganhando força depois que uma equipe de pesquisadores da Universidade McMaster, trabalhando com especialistas em química computacional da Universidade Técnica Dinamarquesa de Copenhague, descobriu precisamente como o processo funciona e onde isso atola.
Seu trabalho foi publicado na revista Nature Communications .
Os pesquisadores decidiram resolver por que os materiais sintéticos que demonstraram catalisar e converter o dióxido de carbono se decompõem muito rapidamente para que o processo seja prático em nível industrial.
Usando equipamentos de ampliação extremamente poderosos do Centro Canadense de Microscopia Eletrônica (CCEM), que fica no campus de McMaster, os pesquisadores conseguiram capturar a reação química em nanoescala – bilionésimos de metro – permitindo-lhes estudar o processo de conversão e compreender como o catalisador se decompõe sob condições operacionais.
O autor principal, Ahmed Abdellah, passou anos desenvolvendo as técnicas que tornaram possível observar o processo, usando um reator eletroquímico pequeno o suficiente para funcionar sob os microscópios eletrônicos no centro.
“É emocionante para nós que esta seja a primeira vez que alguém foi capaz de observar as formas dessas estruturas e suas estruturas cristalinas, para ver como elas evoluem em nanoescala”, diz Abdellah, ex-Ph.D. estudante do laboratório de engenharia química de Drew Higgins e atualmente pós-doutorado no CCEM.
Higgins, autor correspondente do artigo, espera que as novas informações facilitem o esforço global para reduzir a poluição por carbono, retirando o dióxido de carbono dos fluxos de resíduos e, em vez disso, reciclando-o para criar produtos úteis que, de outra forma, seriam produzidos a partir de combustíveis fósseis.
"O que descobrimos é que os catalisadores que podem converter dióxido de carbono em combustíveis e produtos químicos reestruturam-se muito rapidamente sob condições operacionais. As suas estruturas mudam e as suas propriedades mudam, mesmo diante dos nossos olhos", diz Higgins. “Isso determina o quão eficientes eles são na conversão de dióxido de carbono e quanto tempo duram. Os catalisadores eventualmente se degradam e param de funcionar e queremos saber por que eles fazem isso e como fazem isso para que possamos desenvolver estratégias para melhorar sua vida útil operacional. "
Abdellah, Higgins e seus colegas estão esperançosos de que eles e outros pesquisadores ao redor do mundo possam usar os resultados da pesquisa descritos no novo artigo para fazer com que os materiais reativos durem mais e catalisar o processo de forma mais eficiente, para permitir que o processo baseado em laboratório seja ampliado. para uso comercial.
Indústrias como a fabricação de cimento, cervejaria e destilação, bem como refinarias químicas, produzem grandes volumes de dióxido de carbono facilmente recuperável, explica Higgins, tornando-as prováveis primeiros alvos para a implantação da tecnologia, uma vez melhorada até o ponto em que seja comercialmente viável. .
Outras formas menos concentradas de CO2 em resíduos industriais viria a seguir.
Embora hoje seja uma possibilidade remota, Higgins diz que é possível que a mesma tecnologia se torne eficiente e estável o suficiente para extrair dióxido de carbono do ar ambiente como “matéria-prima” para combustível e produtos químicos úteis.
“Ainda estamos um pouco distantes, mas o progresso tem sido muito rápido neste campo de pesquisa e desenvolvimento nos últimos cinco anos ou mais”, diz Higgins. “Há dez anos, as pessoas não pensavam neste tipo de conversão, mas agora começamos a ver promessas. decolar."
Mais informações: Ahmed M. Abdellah et al, Impacto da conversão de paládio/hidreto de paládio na redução eletroquímica de CO2 via microscopia eletrônica de transmissão in-situ e difração, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45096-3 Fornecido pela Universidade McMaster
