Un minerale di u terrenu largamente distribuitu, l'α-iron-(III) ossidrossidu, hè statu trovu esse un catalizatore riciclabile per a fotoriduzione di u diossidu di carbonu à l'acidu formicu. Creditu: Prof. Kazuhiko Maeda
A fotoriduzione di CO2 à carburanti trasportabili cum'è l'acidu formicu (HCOOH) hè un bonu modu per cumbatte l'aumentu di i livelli di CO2 in l'atmosfera. Per aiutà cù questu compitu, una squadra di ricerca di l'Istitutu di Tecnulugia di Tokyo hà sceltu un minerale à basa di ferru facilmente dispunibule è l'hà caricatu nantu à un supportu d'alumina per sviluppà un catalizatore chì pò cunvertisce efficacemente CO2 in HCOOH, circa 90% di selettività!
I veiculi elettrichi sò una opzione attraente per parechje persone, è una ragione chjave hè chì ùn anu micca emissioni di carbone. Un grande svantaghju per parechji, però, hè a so mancanza di autonomia è i longhi tempi di ricarica. Eccu induve i carburanti liquidi cum'è a benzina anu un grande vantaghju. A so alta densità energetica significa longhe autonomie è rifornimentu rapidu.
Passà da a benzina o u diesel à un carburante liquidu differente pò eliminà l'emissioni di carbone mantenendu i vantaghji di i carburanti liquidi. In una pila à combustibile, per esempiu, l'acidu formicu pò alimentà un mutore mentre libera acqua è diossidu di carbonu. Tuttavia, se l'acidu formicu hè pruduttu riducendu u CO2 atmosfericu à HCOOH, allora l'unica pruduzzione netta hè l'acqua.
L'aumentu di i livelli di diossidu di carbonu in a nostra atmosfera è u so cuntributu à u riscaldamentu climaticu sò avà nutizie cumuni. Mentre i circadori sperimentavanu diversi approcci à u prublema, hè emersa una suluzione efficace: trasfurmà l'eccessu di diossidu di carbonu in l'atmosfera in sustanze chimiche ricche d'energia.
A pruduzzione di carburanti cum'è l'acidu formicu (HCOOH) per via di a fotoriduzione di CO2 à a luce solare hà attiratu assai attenzione recentemente perchè u prucessu hà un doppiu benefiziu: riduce l'emissioni eccessive di CO2 è aiuta ancu à minimizà a scarsità d'energia chì avemu attualmente. Cum'è un eccellente vettore per l'idrogenu cù alta densità energetica, HCOOH pò furnisce energia per via di a combustione mentre libera solu acqua cum'è sottoproduttu.
Per fà di sta suluzione lucrativa una realità, i scientifichi anu sviluppatu sistemi fotocatalitici chì riducenu u diossidu di carbonu cù l'aiutu di a luce solare. Stu sistema hè custituitu da un sustratu chì assorbe a luce (vale à dì, un fotosensibilizatore) è un catalizatore chì permette u trasferimentu multiplu di elettroni necessariu per a riduzione di CO2 à HCOOH. È cusì hà cuminciatu à circà catalizatori adatti è efficienti!
Riduzione fotocatalitica di u diossidu di carbonu aduprendu infografiche di cumposti cumunimenti usati. Creditu: Prufessore Kazuhiko Maeda
Per via di a so efficienza è di a so putenziale riciclabilità, i catalizatori solidi sò cunsiderati i migliori candidati per questu compitu, è annantu à l'anni, sò state esplorate e capacità catalitiche di parechji quadri metallo-organici (MOF) à basa di cobaltu, manganese, nichelu è ferru, frà i quali quest'ultimu hà alcuni vantaghji annantu à altri metalli. Tuttavia, a maiò parte di i catalizatori à basa di ferru signalati finu à avà producenu solu monossidu di carbonu cum'è pruduttu principale, micca HCOOH.
Tuttavia, stu prublema hè statu risoltu rapidamente da una squadra di circadori di l'Istitutu di Tecnulugia di Tokyo (Tokyo Tech) guidati da u prufessore Kazuhiko Maeda. In un studiu recente publicatu in a rivista chimica Angewandte Chemie, a squadra hà dimustratu un catalizatore à basa di ferru supportatu da allumina (Al2O3) utilizendu α-irrossidu di ferru (III) (α-FeO​​​OH; geotite). U novu catalizatore α-FeO​​​OH/Al2O3 presenta eccellenti prestazioni di cunversione da CO2 à HCOOH è eccellente riciclabilità. Quandu hè statu dumandatu nantu à a so scelta di catalizatore, u prufessore Maeda hà dettu: "Vulemu esplorà elementi più abbundanti cum'è catalizatori in i sistemi di fotoriduzione di CO2. Avemu bisognu di un catalizatore solidu chì sia attivu, riciclabile, non tossicu è economicu. Hè per quessa chì avemu sceltu minerali di u terrenu largamente distribuiti cum'è a goethite per i nostri esperimenti".
A squadra hà impiegatu un metudu d'impregnazione simplice per sintetizà u so catalizatore. Anu tandu utilizatu materiali Al2O3 sustinuti da ferru per riduce fotocataliticamente u CO2 à temperatura ambiente in presenza di un fotosensibilizatore à basa di ruteniu (Ru), donatore d'elettroni è luce visibile cù lunghezze d'onda superiori à 400 nanometri.
I risultati sò assai incoraggianti. A selettività di u so sistema per u pruduttu principale HCOOH era di 80-90% cù un rendimentu quanticu di 4,3% (chì indica l'efficienza di u sistema).
Stu studiu presenta un catalizatore solidu à basa di ferru, u primu di u so tipu, chì pò generà HCOOH quandu hè assuciatu à un fotosensibilizatore efficiente. Discute ancu l'impurtanza di un materiale di supportu adattatu (Al2O3) è u so effettu nantu à a reazione di riduzione fotochimica.
L'intuizioni di sta ricerca puderanu aiutà à sviluppà novi catalizatori senza metalli nobili per a fotoriduzione di u diossidu di carbonu in altri prudutti chimichi utili. "A nostra ricerca mostra chì a strada versu una ecunumia di energia verde ùn hè micca cumplicata. Ancu i metudi simplici di preparazione di catalizatori ponu dà ottimi risultati, è hè ben cunnisciutu chì i cumposti abbundanti in a terra, se sustinuti da cumposti cum'è l'alumina, ponu esse aduprati cum'è catalizatori selettivi per a riduzione di CO2", cunclude u prufessore Maeda.
Riferimenti: "Alfa-Iron (III) Oxyhydroxide supportatu da alumina cum'è un catalizzatore solidu riciclabile per a fotoriduzzione di CO2 sottu a luce visibile" da Daehyeon An, Dr Shunta Nishioka, Dr Shuhei Yasuda, Dr Tomoki Kanazawa, Dr Yoshinobu Kamakura, Prof. Yoshinobu Kamakura, Prof. Yoshinobu Kamakura, Prof. Kazuhiko Maeda, 12 May 2022, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
"Hè quì chì i carburanti liquidi cum'è a benzina anu un grande vantaghju. A so alta densità energetica significa longhe autonomie è rifornimentu rapidu."
Chì ne dici di qualchi numeri ? Cumu si compara a densità energetica di l'acidu formicu à a benzina ? Cù un solu atomu di carbone in a formula chimica, dubitu chì si avvicinerebbe ancu à a benzina.
In più di questu, l'odore hè assai tossicu è, cum'è acidu, hè più currusivu chè a benzina. Quessi ùn sò micca prublemi d'ingegneria irrisolvibili, ma à menu chì l'acidu formicu ùn offra vantaghji significativi per aumentà l'autonomia è riduce u tempu di rifornimentu di a batteria, probabilmente ùn vale a pena u sforzu.
S'elli avianu previstu di estrarre a goethite da a terra, saria una operazione minera à alta intensità energetica è potenzialmente dannosa per l'ambiente.
Puderanu mintuvà assai goethite in u tarrenu perchè suspettu chì ci vuleria più energia per ottene e materie prime necessarie è fà li reagire per sintetizà a goethite.
Hè necessariu di fighjà tuttu u ciclu di vita di u prucessu è calculà u costu energeticu di tuttu. A NASA ùn hà trovu nunda di simile à un lanciu gratuitu. L'altri devenu tene questu in mente.
SciTechDaily: Casa di e migliori nutizie tecnologiche dapoi u 1998. Restate aggiornati cù l'ultime nutizie tecnologiche via email o social media.
Basta à pensà à i sapori affumicati è inebrianti di u barbecue per fà salivà a maiò parte di a ghjente. L'estate hè ghjunta, è per parechji...