Një mineral i tokës i shpërndarë gjerësisht, α-hekur-(III) oksihidroksid, u zbulua se është një katalizator i riciklueshëm për fotoreduktimin e dioksidit të karbonit në acid formik. Kredia: Prof. Kazuhiko Maeda
Fotoreduktimi i CO2 në lëndë djegëse të transportueshme si acidi formik (HCOOH) është një mënyrë e mirë për të luftuar rritjen e niveleve të CO2 në atmosferë. Për të ndihmuar në këtë detyrë, një ekip kërkimor në Institutin e Teknologjisë të Tokios zgjodhi një mineral me bazë hekuri që gjendet lehtësisht dhe e ngarkoi atë në një mbështetëse alumini për të zhvilluar një katalizator që mund ta shndërrojë në mënyrë efikase CO2 në HCOOH, me rreth 90% selektivitet!
Automjetet elektrike janë një mundësi tërheqëse për shumë njerëz, dhe një arsye kryesore është se ato nuk kanë emetime karboni. Megjithatë, një disavantazh i madh për shumë njerëz është mungesa e autonomisë dhe kohëzgjatja e gjatë e karikimit. Këtu karburantet e lëngshme si benzina kanë një avantazh të madh. Dendësia e tyre e lartë e energjisë do të thotë autonomi të gjata dhe furnizim i shpejtë me karburant.
Kalimi nga benzina ose nafta në një lëndë djegëse të lëngshme tjetër mund të eliminojë emetimet e karbonit duke ruajtur avantazhet e lëndëve djegëse të lëngshme. Në një qelizë karburanti, për shembull, acidi formik mund të vërë në punë një motor ndërsa çliron ujë dhe dioksid karboni. Megjithatë, nëse acidi formik prodhohet duke reduktuar CO2 atmosferik në HCOOH, atëherë i vetmi prodhim neto është uji.
Rritja e niveleve të dioksidit të karbonit në atmosferën tonë dhe kontributi i tyre në ngrohjen globale janë tani lajme të zakonshme. Ndërsa studiuesit eksperimentuan me qasje të ndryshme ndaj problemit, doli në pah një zgjidhje efektive - shndërrimi i dioksidit të karbonit të tepërt në atmosferë në kimikate të pasura me energji.
Prodhimi i lëndëve djegëse si acidi formik (HCOOH) me anë të fotoreduktimit të CO2 në rrezet e diellit ka tërhequr shumë vëmendje kohët e fundit sepse procesi ka një përfitim të dyfishtë: zvogëlon emetimet e tepërta të CO2 dhe gjithashtu ndihmon në minimizimin e mungesës së energjisë me të cilën përballemi aktualisht. Si një bartës i shkëlqyer për hidrogjenin me dendësi të lartë energjie, HCOOH mund të sigurojë energji përmes djegies duke çliruar vetëm ujë si nënprodukt.
Për ta bërë realitet këtë zgjidhje fitimprurëse, shkencëtarët kanë zhvilluar sisteme fotokatalitike që zvogëlojnë dioksidin e karbonit me ndihmën e dritës së diellit. Ky sistem përbëhet nga një substrat që thith dritën (domethënë, një fotosensibilizues) dhe një katalizator që mundëson transferimin e shumëfishtë të elektroneve të nevojshëm për reduktimin e CO2 në HCOOH. Dhe kështu filloi kërkimi për katalizatorë të përshtatshëm dhe efikasë!
Reduktimi fotokatalitik i dioksidit të karbonit duke përdorur infografikë të përbërë të përdorur zakonisht. Kredia: Profesor Kazuhiko Maeda
Për shkak të efikasitetit dhe riciklueshmërisë së tyre të mundshme, katalizatorët e ngurtë konsiderohen kandidatët më të mirë për këtë detyrë, dhe me kalimin e viteve, janë eksploruar aftësitë katalitike të shumë kornizave metalo-organike (MOF) me bazë kobalti, mangani, nikeli dhe hekuri, ndër të cilat kjo e fundit ka disa avantazhe ndaj metaleve të tjera. Megjithatë, shumica e katalizatorëve me bazë hekuri të raportuar deri më tani prodhojnë vetëm monoksid karboni si produktin kryesor, jo HCOOH.
Megjithatë, ky problem u zgjidh shpejt nga një ekip studiuesish në Institutin e Teknologjisë të Tokios (Tokyo Tech) të udhëhequr nga Profesor Kazuhiko Maeda. Në një studim të kohëve të fundit të botuar në revistën kimike Angewandte Chemie, ekipi demonstroi një katalizator të bazuar në hekur të mbështetur në aluminë (Al2O3) duke përdorur oksihidroksid α-hekuri(III) (α-FeO​​​ OH; gjeotit). Katalizatori i ri α-FeO​​​ OH/Al2O3 shfaq performancë të shkëlqyer të konvertimit të CO2 në HCOOH dhe riciklueshmëri të shkëlqyer. Kur u pyetën për zgjedhjen e katalizatorit, Profesor Maeda tha: "Ne duam të eksplorojmë elementë më të bollshëm si katalizatorë në sistemet e fotoreduktimit të CO2. Nevojitet një katalizator i ngurtë që është aktiv, i riciklueshëm, jo-toksik dhe i lirë. Kjo është arsyeja pse zgjodhëm minerale të tokës të shpërndara gjerësisht si goetiti për eksperimentet tona."
Ekipi përdori një metodë të thjeshtë impregnimi për të sintetizuar katalizatorin e tyre. Më pas ata përdorën materiale Al2O3 të mbështetura në hekur për të reduktuar fotokatalitikisht CO2 në temperaturën e dhomës në prani të një fotosensibilizuesi me bazë ruteniumi (Ru), dhuruesi elektronesh dhe drite të dukshme me gjatësi vale mbi 400 nanometra.
Rezultatet janë shumë inkurajuese. Selektiviteti i sistemit të tyre për produktin kryesor HCOOH ishte 80-90% me një rendiment kuantik prej 4.3% (që tregon efikasitetin e sistemit).
Ky studim paraqet një katalizator të ngurtë me bazë hekuri, të parin në llojin e tij, që mund të gjenerojë HCOOH kur shoqërohet me një fotosensitizues efikas. Ai gjithashtu diskuton rëndësinë e materialit mbështetës të duhur (Al2O3) dhe efektin e tij në reaksionin e reduktimit fotokimik.
Njohuritë nga ky hulumtim mund të ndihmojnë në zhvillimin e katalizatorëve të rinj pa metale fisnike për fotoreduktimin e dioksidit të karbonit në kimikate të tjera të dobishme. “Hulumtimi ynë tregon se rruga drejt një ekonomie të energjisë së gjelbër nuk është e komplikuar. Edhe metodat e thjeshta të përgatitjes së katalizatorëve mund të japin rezultate të shkëlqyera, dhe dihet mirë se komponimet e bollshme në tokë, nëse mbështeten nga komponime të tilla si alumina, mund të përdoren si një katalizator selektiv për reduktimin e CO2”, përfundon Prof. Maeda.
Referencat: "Oksihidroksidi i alfa-hekurit (III) i mbështetur nga alumina si një katalizator i ngurtë i riciklueshëm për fotoreduktimin e CO2 nën dritën e dukshme" nga Daehyeon An, Dr. Shunta Nishioka, Dr. Shuhei Yasuda, Dr. Tomoki Kanazawa, Dr. Prof. Kazuhiko Maeda, 12 maj 2022, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
"Këtu karburantet e lëngshme si benzina kanë një avantazh të madh. Dendësia e tyre e lartë e energjisë do të thotë rreze të gjata dhe furnizim i shpejtë me karburant."
Po disa numra? Si krahasohet dendësia e energjisë së acidit formik me benzinën? Me vetëm një atom karboni në formulën kimike, dyshoj se do t'i afrohej fare benzinës.
Përveç kësaj, aroma është shumë toksike dhe, si acid, është më gërryese se benzina. Këto nuk janë probleme inxhinierike të pazgjidhshme, por nëse acidi formik nuk ofron avantazhe të konsiderueshme në rritjen e rrezes së veprimit dhe zvogëlimin e kohës së rimbushjes së baterisë, ndoshta nuk ia vlen përpjekja.
Nëse ata planifikonin të nxirrnin gëtit nga toka, ky do të ishte një operacion minerar që kërkon shumë energji dhe potencialisht do të dëmtonte mjedisin.
Ata mund të përmendin shumë gëtit në tokë, pasi dyshoj se do të duhej më shumë energji për të marrë lëndët e para të nevojshme dhe për t'i reaguar ato për të sintetizuar gëtitin.
Është e nevojshme të shqyrtohet i gjithë cikli jetësor i procesit dhe të llogaritet kostoja e energjisë për gjithçka. NASA nuk gjeti diçka të tillë si një lëshim i lirë. Të tjerët duhet ta mbajnë mend këtë.
SciTechDaily: Shtëpia e lajmeve më të mira teknologjike që nga viti 1998. Qëndroni të përditësuar me lajmet më të fundit teknologjike përmes emailit ose mediave sociale.
Vetëm të menduarit për shijet e tymosura dhe dehëse të skarës është e mjaftueshme për t’i bërë shumicën e njerëzve të lëshojnë pështymë. Vera ka ardhur dhe për shumë…