Utvrđeno je da je široko rasprostranjeni mineral u tlu, α-željezo-(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 borbe protiv porasta razine 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 aluminijev nosač kako bi razvio katalizator koji može učinkovito pretvoriti CO2 u HCOOH, s oko 90% selektivnosti!
Električna vozila su atraktivna opcija za mnoge ljude, a ključni razlog je taj što nemaju emisije 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.
Rastuće razine ugljikovog dioksida u našoj atmosferi i njihov doprinos globalnom zagrijavanju sada su uobičajene vijesti. Dok su istraživači eksperimentirali s različitim pristupima problemu, pojavilo se učinkovito rješenje - pretvaranje viška ugljikovog dioksida u atmosferi u energetski bogate kemikalije.
Proizvodnja goriva poput mravlje kiseline (HCOOH) fotoredukcijom CO2 na sunčevoj svjetlosti nedavno je privukla mnogo pozornosti jer proces ima dvostruku korist: smanjuje višak emisija CO2, a također pomaže u smanjenju nedostatka energije s kojom se trenutno suočavamo. Kao izvrstan nosač vodika s visokom gustoćom energije, HCOOH može osigurati energiju izgaranjem, a pritom oslobađa samo vodu kao nusproizvod.
Kako bi ovo unosno rješenje postalo stvarnost, znanstvenici su razvili fotokatalitičke sustave koji smanjuju ugljikov dioksid uz pomoć sunčeve svjetlosti. Ovaj sustav sastoji se od supstrata koji apsorbira svjetlost (tj. fotosenzibilizatora) i katalizatora koji omogućuje višestruki prijenos elektrona potreban za redukciju CO2 u HCOOH. I tako su započeli potragu za prikladnim i učinkovitim katalizatorima!
Fotokatalitička redukcija ugljikovog dioksida korištenjem uobičajeno korištenih složenih infografika. Zasluge: profesor Kazuhiko Maeda
Zbog svoje učinkovitosti i potencijalne reciklabilnosti, čvrsti katalizatori smatraju se najboljim kandidatima za ovaj zadatak, a tijekom godina istražene su katalitičke sposobnosti mnogih metalo-organskih okvira (MOF) na bazi kobalta, mangana, nikla i željeza, među kojima potonji ima neke prednosti u odnosu na druge metale. Međutim, većina do sada prijavljenih katalizatora na bazi željeza proizvodi samo ugljikov monoksid kao glavni produkt, a ne HCOOH.
Međutim, ovaj je problem brzo riješio tim istraživača s Tokijskog tehnološkog instituta (Tokyo Tech) pod vodstvom profesora Kazuhiko Maede. U nedavnoj studiji objavljenoj u kemijskom časopisu Angewandte Chemie, tim je demonstrirao katalizator na bazi željeza s aluminijevim oksidom (Al2O3) koristeći α-željezo(III) oksihidroksid (α-FeO​​​OH; geotit). Novi α-FeO​​​OH/Al2O3 katalizator pokazuje izvrsne performanse pretvorbe CO2 u HCOOH i izvrsnu mogućnost recikliranja. Na pitanje o izboru katalizatora, profesor Maeda je rekao: „Želimo istražiti obilnije elemente kao katalizatore u sustavima fotoredukcije CO2. Trebamo čvrsti katalizator koji je aktivan, reciklabilan, netoksičan i jeftin. Zato smo za naše eksperimente odabrali široko rasprostranjene minerale u tlu 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 prisutnosti fotosenzibilizatora na bazi rutenija (Ru), donora elektrona i vidljive svjetlosti valnih duljina većih od 400 nanometara.
Rezultati su vrlo ohrabrujući. Selektivnost njihovog sustava za glavni produkt HCOOH bila je 80–90% s kvantnim prinosom od 4,3% (što ukazuje na učinkovitost sustava).
Ova studija predstavlja prvi takve vrste čvrsti katalizator na bazi željeza koji može generirati HCOOH kada se upari s učinkovitim fotosenzibilizatorom. Također se raspravlja o važnosti odgovarajućeg potpornog materijala (Al2O3) i njegovom utjecaju na reakciju fotokemijske redukcije.
Uvidi iz ovog istraživanja mogli bi pomoći u razvoju novih katalizatora bez plemenitih metala za fotoredukciju ugljikovog dioksida u druge korisne kemikalije. „Naše istraživanje pokazuje da put do zelenog energetskog gospodarstva nije kompliciran. Čak i jednostavne metode pripreme katalizatora mogu dati izvrsne rezultate, a dobro je poznato da se spojevi koji su u izobilju na Zemlji, ako ih podržavaju spojevi poput aluminijevog oksida, mogu koristiti kao selektivni katalizator za smanjenje CO2“, zaključuje prof. Maeda.
Reference: “Alfa-željezni (III) oksihidroksid podržan aluminijevim oksidom kao kruti katalizator koji se može reciklirati za fotoredukciju CO2 pod vidljivim svjetlom” Daehyeon An, dr. Shunta Nishioka, dr. Shuhei Yasuda, dr. Tomoki Kanazawa, dr. Yoshinobu Kamakura, prof.. Toshiyuki Yokoi, prof. Shunsuke Nozawa, prof. Kazuhiko Maeda, 12. svibnja 2022., Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
„Tu tekuća goriva poput benzina imaju veliku prednost. Njihova visoka gustoća energije znači dugi domet i brzo punjenje gorivom.“
Što kažete na neke brojke? Kako se gustoća energije mravlje kiseline uspoređuje s benzinom? S obzirom na to da u kemijskoj formuli ima samo jedan atom ugljika, sumnjam da bi se uopće približila benzinu.
Osim toga, miris je vrlo otrovan i, kao kiselina, korozivniji je od benzina. To nisu nerješivi inženjerski problemi, ali osim ako mravlja kiselina ne nudi značajne prednosti u povećanju dometa i smanjenju vremena punjenja baterije, vjerojatno se ne isplati truditi.
Kad bi planirali vaditi goethit iz tla, to bi bio energetski intenzivan rudarski proces i potencijalno štetan za okoliš.
Mogli bi spomenuti puno getita u tlu jer sumnjam da bi bilo potrebno više energije za dobivanje 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 to moraju imati 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…