I ricercatori della Case Western Reserve University stanno sviluppando modi per convertire i rifiuti in combustibili e altri prodotti, utilizzando processi efficienti dal punto di vista energetico e alimentati da fonti rinnovabili.
Più specificamente, sono vicini a risolvere la sfida della conversione dell'anidride carbonica (CO2 ), uno dei principali gas serra, in preziose sostanze chimiche utilizzando l'elettricità.
CO2 può essere una materia prima utile per produrre prodotti chimici e combustibili. Ma il processo per creare la reazione necessaria non è facile perché richiede pressioni elevate, temperature elevate e materiali speciali.
"La nostra società moderna ha un bisogno fondamentale di tecnologie in grado di catturare la CO2 dai rifiuti - o anche dall'aria - e convertirli in prodotti in condizioni favorevoli", ha affermato Burcu Gurkan, professore di ingegneria chimica alla Case School of Engineering. "La conversione elettrochimica dell'anidride carbonica è un problema irrisolto che risale a più di 150 anni fa."
Fino ad ora, la ricerca si è concentrata principalmente sullo sviluppo di materiali catalizzatori e sulla comprensione del consumo energetico elevato di CO2 reazione di conversione in elettroliti a base acquosa. Tuttavia le sfide rimangono perché i sistemi basati sull’acqua hanno una capacità limitata di CO2 . Inoltre, il processo include reazioni collaterali indesiderate, come le emissioni di gas idrogeno.
Ma in uno studio pubblicato questo autunno sulla rivista europea Angewandte Chemie , il gruppo di ricerca della Case Western Reserve ha dimostrato che i liquidi ionici sviluppati catturano e convertono efficacemente la CO2 in un processo elettrochimico.
I liquidi ionici sono sali che fondono al di sotto dei 100°C. Quelli sviluppati dal gruppo di Gurkan sono liquidi a temperatura ambiente. Questi liquidi ionici sono unici anche in quanto hanno un'elevata capacità di CO2 catturare e mantenere la stabilità elettrochimica. Di conseguenza, il team ha ottenuto il processo elettrochimico desiderato.
"Il nostro approccio si concentra sugli elettroliti liquidi ionici che possono alterare la termodinamica e la distribuzione del prodotto a causa di effetti cinetici che possono essere ulteriormente regolati, grazie alla flessibilità della progettazione del liquido ionico", ha affermato Gurkan.
Lo studio, condotto da Oguz Kagan Coskun, uno studente di dottorato del gruppo di Gurkan, ha combinato tecniche spettroscopiche ed elettroanalitiche per rivelare i meccanismi fondamentali necessari ai liquidi ionici per attivare la CO2 reazione di riduzione sulla superficie dell'elettrodo di rame.
Il gruppo ha riferito di aver bisogno di meno energia per innescare la reazione e ha notato che ciò potrebbe portare alla creazione di una varietà di prodotti rilevanti a livello industriale, senza i prodotti collaterali indesiderati presenti nel tradizionale processo di elettrolisi.
Inoltre, il rapporto spiega gli aspetti cruciali che influenzano le proprietà dell'ambiente di reazione per l'uso efficace della CO2 . Queste informazioni aggiuntive contribuiscono ad una comprensione più profonda dell'ambiente di reazione, in particolare per quanto riguarda gli elettroliti non convenzionali.
Il team prevede di esaminare ulteriormente le singole fasi della reazione per informare i successivi progetti di elettroliti. L'obiettivo finale:un migliore controllo delle sostanze chimiche derivanti dalla reazione e il progresso degli approcci elettrochimici alla CO2 riciclaggio.
Ulteriori informazioni: Oguz Kagan Coskun et al, Adattamento della riduzione elettrochimica della CO2 sul rame mediante liquidi ionici reattivi e donatori di legami idrogeno nativi, Angewandte Chemie (2023). DOI:10.1002/ange.202312163
Informazioni sul giornale: Angewandte Chemie
Fornito da Case Western Reserve University
