Fai bollire l'aria nell'acqua con un pizzico di magnesio e otterremo carburante. Credito:Vivek Polshettiwar
CO . eccessiva 2 le emissioni sono una delle principali cause del cambiamento climatico, e quindi riducendo la CO 2 livelli nell'atmosfera terrestre è fondamentale per limitare gli effetti ambientali negativi. Piuttosto che catturare e immagazzinare CO 2 , sarebbe auspicabile utilizzarlo come materia prima di carbonio per la produzione di carburante per raggiungere l'obiettivo di "sistemi energetici a emissioni zero". La cattura e la conversione della CO 2 (dal gas combustibile o direttamente dall'aria) al metano e al metanolo semplicemente utilizzando l'acqua come fonte di idrogeno in condizioni ambientali fornirebbe una soluzione ottimale per ridurre l'eccessiva CO 2 livelli e sarebbe altamente sostenibile.
Ricercatori del Tata Institute of Fundamental Research (TIFR), Bombay, ha dimostrato l'uso del Magnesio (nanoparticelle e bulk) per reagire direttamente alla CO 2 con acqua a temperatura ambiente e pressione atmosferica, formazione di metano, metanolo, e acido formico senza richiedere fonti energetiche esterne. Il magnesio è l'ottavo elemento più abbondante nella crosta terrestre e il quarto elemento più comune nella Terra (dopo il ferro, ossigeno e silicio).
La conversione della CO 2 (puro, oltre che direttamente dall'aria) è avvenuta in pochi minuti a 300 K e 1 bar. Un'azione cooperativa unica di Mg, carbonato di magnesio basico, CO 2 , e l'acqua ha permesso questa CO 2 trasformazione. Se manca uno dei quattro componenti, niente CO 2 avvenuta la conversione. Gli intermedi di reazione e la via di reazione sono stati identificati da 13 CO 2 etichettatura isotopica, diffrazione di raggi X su polvere (PXRD), risonanza magnetica nucleare (NMR) e spettroscopia infrarossa a riflettanza totale attenuata in situ-trasformata di Fourier (ATR-FTIR), e razionalizzato dai calcoli della teoria del funzionale della densità (DFT). Durante CO 2 conversione, Mg è stato convertito in idrossido di magnesio e carbonato, che può essere rigenerato.
Il Mg è uno dei metalli con il minor fabbisogno energetico per la produzione e genera la minor quantità di CO 2 durante la produzione. Utilizzando questo protocollo, 1 kg di magnesio per semplice reazione con acqua e CO 2 produce 2,43 litri di metano, 940 litri di idrogeno e 3,85 kg di carbonato basico di magnesio (utilizzato nel cemento verde, industria farmaceutica ecc.), e anche piccole quantità di metanolo, e acido formico.
In assenza di CO 2 , Il Mg non reagisce efficacemente con l'acqua, e la resa di idrogeno era estremamente bassa, 100 μmol g -1 rispetto a 42000 μmol g -1 in presenza di CO 2 . Ciò era dovuto alla scarsa solubilità dell'idrossido di magnesio formato dalla reazione di Mg con acqua, impedendo alla superficie interna di Mg di reagire ulteriormente con l'acqua. Però, in presenza di CO 2 , l'idrossido di magnesio viene convertito in carbonati e carbonati basici, che sono più solubili in acqua dell'idrossido di magnesio e si staccano dal Mg, esponendo la superficie di Mg fresco a reagire con l'acqua. Così, questo protocollo può essere utilizzato anche per la produzione di idrogeno (940 litri per kg di Mg), che è quasi 420 volte più dell'idrogeno prodotto dalla reazione del Mg con la sola acqua (2,24 litri per kg di Mg).
In particolare, tutta questa produzione avviene in soli 15 minuti, a temperatura ambiente e pressione atmosferica, nel protocollo eccezionalmente semplice e sicuro. A differenza di altre polveri metalliche, la polvere di Mg è estremamente stabile (per la presenza di un sottile strato superficiale di passivazione di MgO) e può essere movimentata in aria senza alcuna perdita di attività. L'uso di combustibili fossili deve essere limitato (se non evitato), per combattere il cambiamento climatico. Questo protocollo Mg sarà quindi uno dei CO . sostenibili 2 protocolli di conversione, per una CO 2 -processo neutro per produrre vari prodotti chimici e combustibili (metano, metanolo, acido formico e idrogeno).
L'ambiente del pianeta Marte ha il 95,32% di CO 2 , mentre la sua superficie ha acqua sotto forma di ghiaccio. Recentemente, è stata segnalata anche la presenza di magnesio su Marte in quantità abbondanti. Perciò, per esplorare la possibilità di utilizzo di questa CO . assistita da Mg 2 processo di conversione su Marte, i ricercatori hanno effettuato questa CO . assistita da Mg 2 conversione a temperatura inferiore. In particolare, metano, metanolo, acido formico e idrogeno sono stati prodotti in quantità ragionevole. Questi risultati indicano il potenziale di questo processo Mg da utilizzare nell'ambiente di Marte, un passo verso l'utilizzo del magnesio su Marte, anche se sono necessari studi più dettagliati.
