Un record di CO 2 tassi di conversione a temperature relativamente basse in una versione modificata del circuito chimico di RWGS utilizzando un nuovo ossido di rame-indio Credito:Waseda University
Con il peggioramento del cambiamento climatico, c'è una crescente necessità di tecnologie in grado di catturare e utilizzare la CO . atmosferica 2 (anidride carbonica) e ridurre la nostra impronta di carbonio. Nell'ambito delle energie rinnovabili, CO 2 gli e-carburanti sono emersi come una tecnologia promettente che tenta di convertire la CO . atmosferica 2 in combustibili puliti. Il processo prevede la produzione di gas sintetico o syngas (una miscela di idrogeno e monossido di carbonio (CO)). Con l'aiuto della reazione di spostamento inverso del gas e dell'acqua (RWGS), CO 2 viene scomposto nella CO necessaria per il syngas. Pur promettendo nella sua efficienza di conversione, la reazione RWGS richiede temperature incredibilmente alte (> 700°C) per procedere, generando anche sottoprodotti indesiderati.
Per affrontare questi problemi, gli scienziati hanno sviluppato una versione modificata del ciclo chimico della reazione RWGS che converte la CO 2 a CO in un metodo in due fasi. Primo, un ossido di metallo, utilizzato come materiale di stoccaggio dell'ossigeno, viene ridotto dall'idrogeno. Successivamente, viene riossidato da CO 2 , producendo CO. Questo metodo è privo di sottoprodotti indesiderati, semplifica la separazione dei gas, e può essere reso realizzabile a temperature inferiori a seconda dell'ossido scelto. Di conseguenza, gli scienziati sono alla ricerca di materiali a base di ossido che mostrino elevati tassi di riduzione dell'ossidazione senza richiedere temperature elevate.
In un recente studio pubblicato su Scienze chimiche , scienziati della Waseda University e della ENEOS Corporation in Giappone hanno rivelato che un nuovo ossido di indio modificato con rame (Cu-In 2 oh 3 ) presenta una CO . da record 2 tasso di conversione di 10 mmolh -1 G -1 a temperature relativamente modeste (400-500°C), rendendolo un capofila tra i materiali di stoccaggio dell'ossigeno necessari per la CO . a bassa temperatura 2 conversione. Per comprendere meglio questo comportamento, il team ha studiato le proprietà strutturali dell'ossido di Cu-In insieme alla cinetica coinvolta nella reazione RWGS a ciclo chimico.
Una versione a ciclo chimico della reazione di spostamento acqua-gas inverso (RWGS-CL) può aiutare a convertire l'anidride carbonica in monossido di carbonio a temperature molto più basse senza sottoprodotti indesiderati, consentendo una semplice separazione del gas Credito:Yasushi Sekine della Waseda University
Gli scienziati hanno effettuato analisi basate sui raggi X e hanno scoperto che il campione inizialmente conteneva un materiale genitore, Cu2In 2 oh 5 , che è stato prima ridotto dall'idrogeno per formare una lega Cu-In e ossido di indio (In 2 oh 3 ) e poi ossidato da CO 2 per produrre Cu-In 2 oh 3 e CO. I dati ai raggi X hanno inoltre rivelato che ha subito ossidazione e riduzione durante la reazione, fornendo l'indizio chiave agli scienziati. "Le misurazioni ai raggi X hanno chiarito che la reazione RWGS a circuito chimico si basa sulla riduzione e sull'ossidazione dell'indio che porta alla formazione e all'ossidazione della lega Cu-In, " spiega il professor Yasushi Sekine della Waseda University, che ha condotto lo studio.
Le indagini cinetiche hanno fornito ulteriori informazioni sulla reazione. La fase di riduzione ha rivelato che il Cu era responsabile della riduzione dell'ossido di indio a basse temperature, mentre la fase di ossidazione ha mostrato che la superficie della lega Cu-In ha conservato uno stato altamente ridotto mentre la sua massa si è ossidata. Ciò ha permesso all'ossidazione di avvenire due volte più rapidamente di quella di altri ossidi. Il team ha attribuito questo peculiare comportamento di ossidazione a una rapida migrazione di ioni di ossigeno con carica negativa dalla superficie della lega Cu-In alla sua massa, che ha aiutato nell'ossidazione preferenziale di massa.
I risultati hanno, abbastanza prevedibilmente, scienziati entusiasti delle prospettive future degli ossidi di rame-indio. "Data l'attuale situazione con emissioni di carbonio e riscaldamento globale, un processo di conversione dell'anidride carbonica ad alte prestazioni è fortemente desiderato. Sebbene la reazione RWGS a circuito chimico funzioni bene con molti materiali a base di ossido, il nostro nuovo Cu-In-ossido qui mostra una prestazione notevolmente superiore rispetto a tutti loro. Ci auguriamo che ciò contribuirà in modo significativo a ridurre la nostra impronta di carbonio e a guidare l'umanità verso un futuro più sostenibile", conclude Sekin.
