Una nuova, ecologico, è stato sviluppato un processo in un'unica fase per convertire l'anidride carbonica in idrocarburi superiori utilizzando il plasma, secondo scienziati e ingegneri.

La conversione dell'anidride carbonica in combustibili liquidi utilizzabili e sostanze chimiche a valore aggiunto come la plastica offre non solo una possibile soluzione per ridurre le emissioni di anidride carbonica, ma anche il potenziale per alleviare la dipendenza dai combustibili fossili. Però, la conversione dell'anidride carbonica attraverso la catalisi, un'accelerazione di una reazione chimica, richiede normalmente più passaggi e alta temperatura (circa 400-750 gradi Fahrenheit) e alta pressione (da 150 a 600 libbre per pollice quadrato), condizioni che richiedono una grande quantità di energia per creare. Trovare un modo migliore per convertire l'anidride carbonica di scarto in condizioni miti rimane una grande sfida nella catalisi.

Ricercatori della Penn State, l'Università cinese di Hong Kong e l'Università di Sichuan potrebbero aver trovato una soluzione. Il team ha sviluppato un one-step, processo catalitico abilitato al plasma per convertire l'anidride carbonica in idrocarburi superiori. A differenza dei processi tradizionali, questo metodo di idrogenazione viene utilizzato a bassa temperatura (75 gradi Fahrenheit) e pressione (15 libbre per pollice quadrato) utilizzando un reattore al plasma a letto impaccato con scarica di barriera dielettrica.

La componente chiave per far funzionare questo nuovo processo è l'aggiunta di plasma non termico, che fornisce un mezzo distintivo per eseguire la conversione catalitica a basse temperature a causa delle sue caratteristiche di non equilibrio, hanno detto gli scienziati.

"Ci sono molti elettroni ad alta energia all'interno della fase del plasma, " ha detto Xiaoxing Wang, professore associato di ricerca presso il Penn State EMS Energy Institute. "Questi elettroni possono attivare sia l'anidride carbonica che le molecole di idrogeno in fase gassosa attraverso l'eccitazione e la dissociazione senza la necessità di adsorbimento superficiale e attivazione come richiesto per la catalisi termica tradizionale, quindi la reazione può essere operata a bassa temperatura."

Il plasma stesso può consentire l'idrogenazione dell'anidride carbonica in monossido di carbonio a temperatura ambiente. Sebbene vari catalizzatori siano stati precedentemente studiati per l'idrogenazione catalitica dell'anidride carbonica al plasma, questi esperimenti hanno prodotto solo monossido di carbonio e metano, con un solo report che mostra una maggiore selettività agli idrocarburi di circa il 14%. Questo nuovo studio è la prima volta che questo processo ha prodotto una maggiore selettività degli idrocarburi del 46% a un tasso di conversione dell'anidride carbonica del 74%.

Questo lavoro, recentemente pubblicato in chimica verde , mostra l'impatto sostanziale della configurazione del letto catalitico sull'idrogenazione dell'anidride carbonica catalitica plasma a idrocarburi superiori in un unico passaggio a bassa temperatura e pressione atmosferica, hanno detto gli scienziati.

Attualmente, i ricercatori stanno utilizzando un catalizzatore Fisher-Tropsch supportato da ossido di alluminio convenzionale per il processo. Ritengono che il metodo possa essere ulteriormente migliorato e stanno sviluppando un catalizzatore ancora più efficace, attraverso l'esplorazione del modo in cui il plasma contribuisce alla conversione dell'anidride carbonica e alla formazione di idrocarburi nel processo a due letti di catalizzatore abilitato al plasma.

"La conversione dell'anidride carbonica sta affrontando la sfida del cambiamento climatico, " Wang ha detto. "Dobbiamo fare qualcosa per ridurre le emissioni di anidride carbonica. Se riusciamo a riconvertire l'anidride carbonica in combustibili, chiudiamo il ciclo del carbonio e rendiamo l'intero processo molto più sostenibile e più verde. Questo lavoro fornisce una nuova strategia nello sviluppo di nuovi processi per l'idrogenazione dell'anidride carbonica a bassa temperatura e pressione".