Utvrđeno je da je široko rasprostranjeni mineral u tlu, α-željezni-(III) oksihidroksid, reciklabilni katalizator za fotoredukciju ugljikovog dioksida u mravlju kiselinu. Zasluge: Prof. Kazuhiko Maeda
Fotoredukcija CO2 u prenosiva goriva poput mravlje kiseline (HCOOH) dobar je način za borbu protiv porasta nivoa CO2 u atmosferi. Kako bi pomogli u ovom zadatku, istraživački tim na Tokijskom institutu za tehnologiju odabrao je lako dostupan mineral na bazi željeza i nanio ga na aluminijumski nosač kako bi razvio katalizator koji može efikasno pretvoriti CO2 u HCOOH, sa selektivnošću od oko 90%!
Električna vozila su atraktivna opcija za mnoge ljude, a ključni razlog je taj što nemaju emisiju ugljika. Međutim, veliki nedostatak za mnoge je njihov kratki domet i dugo vrijeme punjenja. Tu tekuća goriva poput benzina imaju veliku prednost. Njihova visoka gustoća energije znači dugi domet i brzo punjenje gorivom.
Prelazak s benzina ili dizela na drugo tekuće gorivo može eliminirati emisije ugljika, a istovremeno zadržati prednosti tekućih goriva. U gorivnoj ćeliji, na primjer, mravlja kiselina može pokretati motor, a istovremeno oslobađati vodu i ugljikov dioksid. Međutim, ako se mravlja kiselina proizvodi redukcijom atmosferskog CO2 u HCOOH, tada je jedini neto izlaz voda.
Rastući nivoi ugljen-dioksida u našoj atmosferi i njihov doprinos globalnom zagrijavanju sada su uobičajene vijesti. Dok su istraživači eksperimentisali s različitim pristupima problemu, pojavilo se efikasno rješenje - pretvaranje viška ugljen-dioksida u atmosferi u hemikalije bogate energijom.
Proizvodnja goriva poput mravlje kiseline (HCOOH) fotoredukcijom CO2 na sunčevoj svjetlosti privukla je mnogo pažnje u posljednje vrijeme jer proces ima dvostruku korist: smanjuje višak emisija CO2, a također pomaže u minimiziranju nedostatka energije s kojom se trenutno suočavamo. Kao odličan nosač vodika s visokom gustoćom energije, HCOOH može osigurati energiju sagorijevanjem, a pritom oslobađa samo vodu kao nusproizvod.
Da bi ovo unosno rješenje postalo stvarnost, naučnici su razvili fotokatalitičke sisteme koji redukuju ugljen-dioksid uz pomoć sunčeve svjetlosti. Ovaj sistem se sastoji od supstrata koji apsorbuje svjetlost (tj. fotosenzibilizatora) i katalizatora koji omogućava višestruki prenos elektrona potreban za redukciju CO2 u HCOOH. I tako su počeli da traže odgovarajuće i efikasne katalizatore!
Fotokatalitička redukcija ugljičnog dioksida korištenjem često korištenih složenih infografika. Zasluge: Profesor Kazuhiko Maeda
Zbog svoje efikasnosti i potencijalne reciklabilnosti, čvrsti katalizatori se smatraju najboljim kandidatima za ovaj zadatak, a tokom godina su istražene katalitičke sposobnosti mnogih metal-organskih okvira (MOF) na bazi kobalta, mangana, nikla i željeza, među kojima ovaj posljednji ima neke prednosti u odnosu na druge metale. Međutim, većina katalizatora na bazi željeza o kojima je do sada izvještavano proizvodi samo ugljični monoksid kao glavni produkt, a ne HCOOH.
Međutim, ovaj problem je brzo riješio tim istraživača na Tehnološkom institutu u Tokiju (Tokyo Tech), predvođen profesorom Kazuhikom Maedom. U nedavnoj studiji objavljenoj u hemijskom časopisu Angewandte Chemie, tim je demonstrirao katalizator na bazi željeza na bazi aluminijevog oksida (Al2O3) koristeći α-željezo(III) oksihidroksid (α-FeO​​​OH; geotit). Novi α-FeO​​​OH/Al2O3 katalizator pokazuje odlične performanse konverzije CO2 u HCOOH i odličnu mogućnost recikliranja. Kada su upitani o izboru katalizatora, profesor Maeda je rekao: „Želimo istražiti obilnije elemente kao katalizatore u sistemima fotoredukcije CO2. Potreban nam je čvrsti katalizator koji je aktivan, reciklabilan, netoksičan i jeftin. Zato smo za naše eksperimente odabrali široko rasprostranjene minerale tla poput goetita.“
Tim je koristio jednostavnu metodu impregnacije za sintezu svog katalizatora. Zatim su koristili Al₂O₃ materijale na bazi željeza za fotokatalitičku redukciju CO₂ na sobnoj temperaturi u prisustvu fotosenzibilizatora na bazi rutenija (Ru), donora elektrona i vidljive svjetlosti talasnih dužina preko 400 nanometara.
Rezultati su vrlo ohrabrujući. Selektivnost njihovog sistema za glavni produkt HCOOH bila je 80–90% sa kvantnim prinosom od 4,3% (što ukazuje na efikasnost sistema).
Ova studija predstavlja prvi te vrste čvrsti katalizator na bazi željeza koji može generirati HCOOH kada se upari s efikasnim fotosenzibilizatorom. Također se razmatra važnost odgovarajućeg nosećeg materijala (Al2O3) i njegov utjecaj na reakciju fotokemijske redukcije.
Uvidi iz ovog istraživanja mogu pomoći u razvoju novih katalizatora bez plemenitih metala za fotoredukciju ugljičnog dioksida u druge korisne hemikalije. „Naše istraživanje pokazuje da put do zelene energetske ekonomije nije kompliciran. Čak i jednostavne metode pripreme katalizatora mogu dati odlične rezultate, a dobro je poznato da se spojevi koji su u izobilju na Zemlji, ako su podržani spojevima poput aluminijevog oksida, mogu koristiti kao selektivni katalizator za smanjenje CO2“, zaključuje prof. Maeda.
Reference: “Alfa-gvožđe (III) oksihidroksid podržan od glinice kao čvrsti katalizator koji se može reciklirati za fotoredukciju CO2 pod vidljivom svetlošću” od Daehyeon An, dr. Shunta Nishioka, dr. Shuhei Yasuda, dr. Tomoki Kanazawa, dr. Yoshinobu Y. Kamakura Shunsuke Nozawa, prof. Kazuhiko Maeda, 12. svibnja 2022., Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
„Tu tečna goriva poput benzina imaju veliku prednost. Njihova visoka gustina energije znači dug domet i brzo punjenje gorivom.“
Šta kažete na neke brojke? Kako se gustina energije mravlje kiseline poredi sa benzinom? Sa samo jednim atomom ugljika u hemijskoj formuli, sumnjam da bi se uopšte približila benzinu.
Osim toga, miris je vrlo toksičan i, kao kiselina, korozivniji je od benzina. Ovo nisu nerješivi inženjerski problemi, ali osim ako mravlja kiselina ne nudi značajne prednosti u povećanju dometa i smanjenju vremena punjenja baterije, vjerovatno se ne isplati trud.
Ako bi planirali vaditi getit iz tla, to bi bio energetski intenzivan rudarski proces i potencijalno štetan za okoliš.
Mogli bi spomenuti mnogo getita u tlu jer sumnjam da bi bilo potrebno više energije za dobijanje potrebnih sirovina i njihovu reakciju kako bi se sintetizirao getit.
Potrebno je sagledati cijeli životni ciklus procesa i izračunati energetski trošak svega. NASA nije pronašla nešto poput slobodnog lansiranja. Drugi trebaju imati ovo na umu.
SciTechDaily: Dom najboljih tehnoloških vijesti od 1998. Budite u toku s najnovijim tehnološkim vijestima putem e-pošte ili društvenih mreža.
Samo razmišljanje o dimljenim i opojnim okusima roštilja dovoljno je da većini ljudi poteče slina. Ljeto je stiglo i za mnoge…