Vaste distribuita grundmineralo, α-fero-(III) oksihidroksido, montriĝis reciklebla katalizilo por la fotoredukto de karbondioksido al formika acido. Kredito: Profesoro Kazuhiko Maeda
Fotoredukto de CO2 al transporteblaj fueloj kiel formika acido (HCOOH) estas bona maniero kontraŭbatali altiĝantajn CO2-nivelojn en la atmosfero. Por helpi kun ĉi tiu tasko, esplorteamo ĉe la Teknologia Instituto de Tokio elektis facile haveblan ferbazitan mineralon kaj ŝarĝis ĝin sur alumino-teran subtenon por disvolvi katalizilon, kiu povas efike konverti CO2 en HCOOH, kun ĉirkaŭ 90% selektiveco!
Elektraj veturiloj estas alloga elekto por multaj homoj, kaj ŝlosila kialo estas, ke ili ne havas karbonajn emisiojn. Granda malavantaĝo por multaj, tamen, estas ilia manko de atingodistanco kaj longaj ŝargtempoj. Jen kie likvaj brulaĵoj kiel benzino havas grandan avantaĝon. Ilia alta energidenseco signifas longajn atingodistancojn kaj rapidan benzinumadon.
Ŝanĝi de benzino aŭ dizelo al malsama likva fuelo povas elimini karbonajn emisiojn konservante la avantaĝojn de likvaj fueloj. En fuelpilo, ekzemple, formika acido povas funkciigi motoron dum ĝi liberigas akvon kaj karbondioksidon. Tamen, se formika acido estas produktita per redukto de atmosfera CO2 al HCOOH, tiam la sola neta eligo estas akvo.
Kreskantaj karbondioksidaj niveloj en nia atmosfero kaj ilia kontribuo al tutmonda varmiĝo nun estas oftaj novaĵoj. Dum esploristoj eksperimentis kun diversaj aliroj al la problemo, aperis efika solvo - transformi troan karbondioksidon en la atmosfero en energiriĉajn kemiaĵojn.
La produktado de brulaĵoj kiel formika acido (HCOOH) per fotoredukto de CO2 en sunlumo altiris multan atenton lastatempe, ĉar la procezo havas duoblan avantaĝon: ĝi reduktas troajn CO2-emisiojn kaj ankaŭ helpas minimumigi la energian mankon, kiun ni nuntempe spertas. Kiel bonega portanto por hidrogeno kun alta energidenso, HCOOH povas provizi energion per brulado, liberigante nur akvon kiel kromprodukton.
Por realigi ĉi tiun profitdonan solvon, sciencistoj evoluigis fotokatalizajn sistemojn, kiuj reduktas karbondioksidon per helpo de sunlumo. Ĉi tiu sistemo konsistas el lum-absorbanta substrato (t.e., fotosensitigilo) kaj katalizilo, kiu ebligas la mult-elektronan translokigon necesan por la redukto de CO2 al HCOOH. Kaj tiel oni komencis serĉi taŭgajn kaj efikajn katalizilojn!
Fotokataliza redukto de karbondioksido uzante ofte uzatajn kunmetaĵajn infografikojn. Kredito: Profesorino Kazuhiko Maeda
Pro ilia efikeco kaj ebla recikleblo, solidaj kataliziloj estas konsiderataj la plej bonaj kandidatoj por ĉi tiu tasko, kaj tra la jaroj, la katalizaj kapabloj de multaj kobaltaj, manganaj, nikelaj kaj feraj metal-organikaj kadroj (MOF-oj) estis esploritaj, inter kiuj ĉi-lasta havas kelkajn avantaĝojn super aliaj metaloj. Tamen, la plej multaj fer-bazitaj kataliziloj raportitaj ĝis nun produktas nur karbonmonooksidon kiel la ĉefan produkton, ne HCOOH.
Tamen, ĉi tiun problemon rapide solvis teamo de esploristoj ĉe la Teknologia Instituto de Tokio (Tokyo Tech) gvidata de Profesoro Kazuhiko Maeda. En lastatempa studo publikigita en la kemia revuo Angewandte Chemie, la teamo montris katalizilon bazitan sur fero, subtenatan de alumino-tero (Al2O3) uzante α-fero(III) oksihidroksidon (α-FeO​​​OH; geotito). La nova α-FeO​​​OH/Al2O3 katalizilo montras bonegan konvertan rendimenton de CO2 al HCOOH kaj bonegan recikleblon. Kiam oni demandis lin pri sia elekto de katalizilo, Profesoro Maeda diris: "Ni volas esplori pli abundajn elementojn kiel katalizilojn en CO2-fotoreduktaj sistemoj. Ni bezonas solidan katalizilon, kiu estas aktiva, reciklebla, netoksa kaj malmultekosta. Tial ni elektis vaste distribuitajn grundmineralojn kiel goetiton por niaj eksperimentoj."
La teamo uzis simplan fekundigan metodon por sintezi sian katalizilon. Ili poste uzis fer-subtenatajn Al₂O₃ materialojn por fotokatalize redukti CO₂ je ĉambra temperaturo en la ĉeesto de rutenio-bazita (Ru) fotosensitigilo, elektrondonanto kaj videbla lumo kun ondolongoj super 400 nanometroj.
La rezultoj estas tre kuraĝigaj. La selektiveco de ilia sistemo por la ĉefa produkto HCOOH estis 80–90% kun kvantuma rendimento de 4,3% (indikante la efikecon de la sistemo).
Ĉi tiu studo prezentas la unuan en sia speco ferbazitan solidan katalizilon, kiu povas generi HCOOH kiam parigita kun efika fotosensitigilo. Ĝi ankaŭ diskutas la gravecon de taŭga subtenmaterialo (Al2O3) kaj ĝian efikon sur la fotokemia reduktoreakcio.
Komprenoj el ĉi tiu esplorado povus helpi evoluigi novajn katalizilojn sen noblaj metaloj por la fotoredukto de karbondioksido al aliaj utilaj kemiaĵoj. "Nia esplorado montras, ke la vojo al verda energia ekonomio ne estas komplika. Eĉ simplaj metodoj por prepari katalizilojn povas doni bonegajn rezultojn, kaj estas bone konate, ke terabundaj kombinaĵoj, se subtenataj de kombinaĵoj kiel alumino-tero, povas esti uzataj kiel selektema katalizilo por CO2-redukto," finas Profesoro Maeda.
Referencoj: "Alumina-Supported Alpha-Iron (III) Oxyhydroxide as a Recyclable Solid Catalyst for CO2 Photoreduction under Visible Light" de Daehyeon An, Dr Shunta Nishioka, Dr Shuhei Yasuda, Dr Tomoki Kanazawa, Dr Yoshinobu Kamakura, Prof. Kazuhiko Maeda, la 12-an de majo 2022, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
“Jen kie likvaj brulaĵoj kiel benzino havas grandan avantaĝon. Ilia alta energidenseco signifas longajn atingodistancojn kaj rapidan benzinumadon.”
Kiel pri kelkaj nombroj? Kiel la energidenseco de formika acido komparas al benzino? Kun nur unu karbonatomo en la kemia formulo, mi dubas, ke ĝi eĉ proksimiĝus al benzino.
Krome, la odoro estas tre toksa kaj, kiel acido, ĝi estas pli koroda ol benzino. Ĉi tiuj ne estas nesolveblaj inĝenieraj problemoj, sed krom se formika acido ofertas signifajn avantaĝojn por pligrandigi la atingon kaj redukti la tempon por replenigi la bateriojn, verŝajne ne valoras la penon.
Se ili planus ekstrakti goetiton el la grundo, tio estus energi-intensa minado kaj eble damaĝa al la medio.
Ili eble mencius multe da goetito en la grundo, ĉar mi suspektas, ke necesus pli da energio por akiri la necesajn krudmaterialojn kaj reagi ilin por sintezi goetiton.
Necesas rigardi la tutan vivciklon de la procezo kaj kalkuli la energikoston de ĉio. NASA ne trovis tian aferon kiel senpaga lanĉo. Aliaj devas memori tion.
SciTechDaily: Hejmo de la plej bonaj teknologiaj novaĵoj ekde 1998. Restu ĝisdata pri la plej novaj teknologiaj novaĵoj per retpoŝto aŭ sociaj retoj.
Nur pensi pri la fumplenaj kaj ebriigaj gustoj de barbekuo sufiĉas por salivigi plej multajn homojn. Somero estas ĉi tie, kaj por multaj...