Широко распространетиот минерал во почвата, α-железо-(III) оксихидроксид, е рециклиран катализатор за фоторедукција на јаглерод диоксид во мравја киселина. Фото: Проф. Казухико Маеда
Фоторедукцијата на CO2 до преносливи горива како што е мравја киселина (HCOOH) е добар начин за борба против зголемените нивоа на CO2 во атмосферата. За да се помогне во оваа задача, истражувачки тим од Технолошкиот институт во Токио избра лесно достапен минерал на база на железо и го стави на носач од алумина за да развие катализатор кој може ефикасно да го претвори CO2 во HCOOH, со селективност од околу 90%!
Електричните возила се привлечна опција за многу луѓе, а клучна причина е тоа што немаат емисии на јаглерод. Сепак, голем недостаток за многумина е нивниот недостаток на домет и долгото време на полнење. Тука течните горива како бензинот имаат голема предност. Нивната висока густина на енергија значи долги домет и брзо полнење.
Преминувањето од бензин или дизел на друго течно гориво може да ги елиминира емисиите на јаглерод, а воедно да ги задржи предностите на течните горива. На пример, во горивна ќелија, мравјата киселина може да напојува мотор, а воедно да ослободи вода и јаглерод диоксид. Меѓутоа, ако мравјата киселина се произведува со редуцирање на атмосферскиот CO2 до HCOOH, тогаш единствениот нето излез е водата.
Зголемувањето на нивоата на јаглерод диоксид во нашата атмосфера и нивниот придонес кон глобалното затоплување сега се вообичаени вести. Додека истражувачите експериментираа со различни пристапи кон проблемот, се појави ефикасно решение - претворање на вишокот јаглерод диоксид во атмосферата во хемикалии богати со енергија.
Производството на горива како што е мравја киселина (HCOOH) со фоторедукција на CO2 на сончева светлина привлече големо внимание во последно време бидејќи процесот има двојна корист: ги намалува вишокот емисии на CO2, а исто така помага да се минимизира недостатокот на енергија со кој моментално се соочуваме. Како одличен носител на водород со висока густина на енергија, HCOOH може да обезбеди енергија преку согорување, а да ослободи само вода како нуспроизвод.
За да го остварат ова профитабилно решение, научниците развија фотокаталитички системи кои го намалуваат јаглерод диоксидот со помош на сончева светлина. Овој систем се состои од супстрат што апсорбира светлина (т.е. фотосензибилизатор) и катализатор што овозможува повеќекратен пренос на електрони потребен за редукција на CO2 до HCOOH. И така започна потрагата по соодветни и ефикасни катализатори!
Фотокаталитичка редукција на јаглерод диоксид со употреба на најчесто користени инфографици на соединенија. Фото: Професор Казухико Маеда
Поради нивната ефикасност и потенцијална рециклирање, цврстите катализатори се сметаат за најдобри кандидати за оваа задача, а со текот на годините се истражени каталитичките способности на многу метално-органски рамки (MOF) базирани на кобалт, манган, никел и железо, меѓу кои втората има некои предности во однос на другите метали. Сепак, повеќето катализатори базирани на железо кои се пријавени досега произведуваат само јаглерод моноксид како главен производ, а не HCOOH.
Сепак, овој проблем брзо беше решен од тим истражувачи од Технолошкиот институт во Токио (Tokyo Tech) предводен од професор Казухико Маеда. Во неодамнешна студија објавена во хемиското списание Angewandte Chemie, тимот демонстрираше катализатор базиран на железо поткрепен со алумина (Al2O3) користејќи α-железо(III) оксихидроксид (α-FeO​​​ OH; геотит). Новиот катализатор α-FeO​​​ OH/Al2O3 покажува одлични перформанси на конверзија од CO2 во HCOOH и одлична рециклирање. Кога беа прашани за нивниот избор на катализатор, професор Маеда рече: „Сакаме да истражиме позастапени елементи како катализатори во системи за фоторедукција на CO2. Ни треба цврст катализатор кој е активен, рециклиран, нетоксичен и ефтин. Затоа избравме широко распространети минерали во почвата како што е гетитот за нашите експерименти.“
Тимот користел едноставен метод на импрегнација за да го синтетизира својот катализатор. Потоа користеле материјали од Al2O3 поткрепени со железо за фотокаталитички да го намалат CO2 на собна температура во присуство на фотосензибилизатор базиран на рутениум (Ru), донатор на електрони и видлива светлина со бранови должини над 400 нанометри.
Резултатите се многу охрабрувачки. Селективноста на нивниот систем за главниот производ HCOOH беше 80–90% со квантен принос од 4,3% (што укажува на ефикасноста на системот).
Оваа студија претставува прв од ваков вид цврст катализатор на база на железо кој може да генерира HCOOH кога е поврзан со ефикасен фотосензибилизатор. Исто така, се дискутира важноста на соодветниот материјал за поддршка (Al2O3) и неговиот ефект врз реакцијата на фотохемиска редукција.
Сознанијата од ова истражување можат да помогнат во развојот на нови катализатори без благородни метали за фоторедукција на јаглерод диоксид во други корисни хемикалии. „Нашето истражување покажува дека патот кон економија на зелена енергија не е комплициран. Дури и едноставните методи за подготовка на катализатори можат да дадат одлични резултати, а добро е познато дека соединенијата што изобилуваат во земјата, ако се поткрепени со соединенија како што е алумина, можат да се користат како селективен катализатор за намалување на CO2“, заклучува проф. Маеда.
Користена литература: „Алумина-поддржан алфа-железо (III) оксихидроксид како рециклирачки цврст катализатор за фоторедукција на CO2 под видлива светлина“ од Даееон Ан, д-р Шунта Нишиока, д-р Шухеи Јасуда, д-р Томоки Каназава, д-р Јошинобу Камакура, Јошинобу Камакура, Проф. Проф. Kazuhiko Maeda, 12 мај 2022 година, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
„Тука течните горива како бензинот имаат голема предност. Нивната висока густина на енергија значи долги растојанија и брзо полнење гориво.“
Што велите за некои бројки? Како се споредува енергетската густина на мравјата киселина со бензинот? Со само еден атом на јаглерод во хемиската формула, се сомневам дека би се доближила до бензинот.
Покрај тоа, мирисот е многу токсичен и, како киселина, е покорозивен од бензинот. Ова не се нерешливи инженерски проблеми, но освен ако мравјата киселина не нуди значителни предности во зголемувањето на опсегот и намалувањето на времето за полнење на батеријата, веројатно не вреди трудот.
Доколку планирале да екстрахираат гетит од почвата, тоа би било енергетски интензивна рударска операција и потенцијално штетна за животната средина.
Тие би можеле да споменат многу гетит во почвата бидејќи претпоставувам дека би била потребна повеќе енергија за да се добијат потребните суровини и да се реагира за да се синтетизира гетит.
Потребно е да се погледне целиот животен циклус на процесот и да се пресмета цената на енергијата за сè. НАСА не пронајде нешто како слободно лансирање. Другите треба да го имаат ова предвид.
SciTechDaily: Дом на најдобрите технолошки вести од 1998 година. Бидете во тек со најновите технолошки вести преку е-пошта или социјални медиуми.
Само помислата на чадените и опојни вкусови на скарата е доволна за да им се накали плунка на повеќето луѓе. Летото е тука, и за многумина…