Утврђено је да је широко распрострањени минерал у земљишту, α-гвожђе-(III) оксихидроксид, рециклабилни катализатор за фоторедукцију угљен-диоксида у мрављу киселину. Извор: Проф. Казухико Маеда
Фоторедукција CO2 до преносивих горива као што је мравља киселина (HCOOH) је добар начин за борбу против пораста нивоа CO2 у атмосфери. Да би помогли у овом задатку, истраживачки тим на Токијском институту за технологију одабрао је лако доступан минерал на бази гвожђа и напунио га на носач од алуминијума како би развио катализатор који може ефикасно претворити CO2 у HCOOH, са селективношћу од око 90%!
Електрична возила су атрактивна опција за многе људе, а кључни разлог је тај што немају емисију угљеника. Међутим, велики недостатак за многе је њихов мали домет и дуго време пуњења. Ту течна горива попут бензина имају велику предност. Њихова висока густина енергије значи дуг домет и брзо пуњење горивом.
Прелазак са бензина или дизела на друго течно гориво може елиминисати емисију угљеника, а задржати предности течних горива. У горивној ћелији, на пример, мравља киселина може покренути мотор, ослобађајући воду и угљен-диоксид. Међутим, ако се мравља киселина производи редукцијом атмосферског CO2 у HCOOH, онда је једини нето излаз вода.
Растући нивои угљен-диоксида у нашој атмосфери и њихов допринос глобалном загревању сада су уобичајене вести. Док су истраживачи експериментисали са различитим приступима проблему, појавило се ефикасно решење - претварање вишка угљен-диоксида у атмосфери у хемикалије богате енергијом.
Производња горива као што је мравља киселина (HCOOH) фоторедукцијом CO2 на сунчевој светлости привукла је велику пажњу у последње време јер процес има двоструку корист: смањује вишак емисије CO2, а такође помаже у минимизирању недостатка енергије са којом се тренутно суочавамо. Као одличан носач водоника са високом густином енергије, HCOOH може да обезбеди енергију сагоревањем, док ослобађа само воду као нуспроизвод.
Да би ово уносно решење постало стварност, научници су развили фотокаталитичке системе који редукују угљен-диоксид уз помоћ сунчеве светлости. Овај систем се састоји од супстрата који апсорбује светлост (тј. фотосензибилизатора) и катализатора који омогућава вишеструки пренос електрона потребан за редукцију CO2 у HCOOH. И тако су почели да траже одговарајуће и ефикасне катализаторе!
Фотокаталитичка редукција угљен-диоксида коришћењем уобичајено коришћених једињених инфографика. Извор: Професор Казухико Маеда
Због своје ефикасности и потенцијалне рециклабилности, чврсти катализатори се сматрају најбољим кандидатима за овај задатак, и током година су истражене каталитичке могућности многих метал-органских оквира (MOF) на бази кобалта, мангана, никла и гвожђа, међу којима овај други има неке предности у односу на друге метале. Међутим, већина до сада пријављених катализатора на бази гвожђа производи само угљен-моноксид као главни производ, а не HCOOH.
Међутим, овај проблем је брзо решио тим истраживача на Токијском технолошком институту (Tokyo Tech), предвођен професором Казухиком Маедом. У недавној студији објављеној у хемијском часопису Angewandte Chemie, тим је демонстрирао катализатор на бази гвожђа на бази алуминијум оксида (Al2O3) користећи α-гвожђе(III) оксихидроксид (α-FeO​​​OH; геотит). Нови α-FeO​​​OH/Al2O3 катализатор показује одличне перформансе конверзије CO2 у HCOOH и одличну рециклабилност. Када су упитани о избору катализатора, професор Маеда је рекао: „Желимо да истражимо заступљеније елементе као катализаторе у системима фоторедукције CO2. Потребан нам је чврст катализатор који је активан, рециклабилан, нетоксичан и јефтин. Зато смо за наше експерименте изабрали широко распрострањене минерале у земљишту попут гетита.“
Тим је користио једноставан метод импрегнације за синтезу свог катализатора. Затим су користили Al₂O₃ материјале на бази гвожђа да би фотокаталитички редуковали CO₂ на собној температури у присуству фотосензибилизатора на бази рутенијума (Ru), донора електрона и видљиве светлости са таласним дужинама преко 400 нанометара.
Резултати су веома охрабрујући. Селективност њиховог система за главни производ HCOOH била је 80–90% са квантним приносом од 4,3% (што указује на ефикасност система).
Ова студија представља први чврсти катализатор на бази гвожђа који може да генерише HCOOH када се упари са ефикасним фотосензибилизатором. Такође се разматра важност одговарајућег носећег материјала (Al₂O₃) и његов утицај на реакцију фотохемијске редукције.
Увиди из овог истраживања могу помоћи у развоју нових катализатора без племенитих метала за фоторедукцију угљен-диоксида у друге корисне хемикалије. „Наше истраживање показује да пут ка зеленој енергетској економији није компликован. Чак и једноставне методе припреме катализатора могу дати одличне резултате, а добро је познато да се једињења која су у изобиљу на Земљи, ако су подржана једињењима попут алуминијум оксида, могу користити као селективни катализатор за смањење CO2“, закључује проф. Маеда.
Референце: „Алфа-гвожђе (ИИИ) оксихидроксид који се може рециклирати за фоторедукцију ЦО2 под видљивом светлошћу“ од Даехиеон Ан, Др. Схунта Нисхиока, Др. Схухеи Иасуда, Др. Томоки Каназава, Др. Схунсуке Нозава, Проф. Казухико Маеда, 12. мај 2022, Ангевандте Цхемие.ДОИ: 10.1002 / ание.202204948
„Ту течна горива попут бензина имају велику предност. Њихова висока густина енергије значи дуг домет и брзо пуњење горивом.“
Шта кажете на неке бројеве? Како се густина енергије мравље киселине упоређује са бензином? Са само једним атомом угљеника у хемијској формули, сумњам да би се уопште приближила бензину.
Поред тога, мирис је веома токсичан и, као киселина, корозивнији је од бензина. Ово нису нерешиви инжењерски проблеми, али осим ако мравља киселина не нуди значајне предности у повећању домета и смањењу времена пуњења батерије, вероватно се не исплати труд.
Ако би планирали да ваде гетит из земље, то би била енергетски интензивна рударска операција и потенцијално штетна по животну средину.
Можда ће поменути доста гетита у земљишту, јер сумњам да би било потребно више енергије да се добију потребне сировине и да се оне реагују да би се синтетизовао гетит.
Потребно је сагледати цео животни циклус процеса и израчунати трошкове енергије за све. НАСА није пронашла тако нешто као што је слободно лансирање. Други треба да имају ово на уму.
SciTechDaily: Дом најбољих технолошких вести од 1998. Будите у току са најновијим технолошким вестима путем имејла или друштвених медија.
Само помисао на димљене и опојне укусе роштиља довољна је да већини људи потече слина. Лето је стигло, а за многе…