Un catalizador sin metales preciosos puede convertir el CO2 producido mediante el uso de azúcar en una materia prima química investigación

Un catalizador sin metales preciosos puede convertir el CO2 producido mediante el uso de azúcar en una materia prima química  investigación

Investigadores de Estados Unidos y Canadá han desarrollado un catalizador estable, selectivo y libre de metales preciosos para convertir el dióxido de carbono residual en gas de síntesis.1 El trabajo supone potencialmente un paso adelante para la producción de valiosos productos químicos industriales a partir del carbono capturado en las refinerías químicas del futuro.

azúcar

El gas de síntesis, o gas de síntesis (una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno), es importante para fabricar muchos productos químicos industriales como amoníaco, metanol e hidrocarburos más grandes. Hoy en día, se elabora más comúnmente a partir del reformado con vapor de metano o de la gasificación de carbón o hidrocarburos pesados, los cuales son procesos altamente endotérmicos y tienen grandes huellas de carbono. Una alternativa es el cambio inverso agua-gas, en el que el hidrógeno reduce el dióxido de carbono a monóxido de carbono, mientras que el hidrógeno se oxida a agua. El uso excesivo de hidrógeno puede producir gas de síntesis.

La mayor parte del hidrógeno industrial es en realidad un producto del reformado con vapor de metano seguido de una reacción de cambio de agua-gas para producir un exceso de hidrógeno a partir de monóxido de carbono. Sin embargo, existe un interés creciente en el hidrógeno renovable producido por electrólisis del agua. Decenas de fuentes de CO2 Al igual que las empresas siderúrgicas y cementeras van a seguir produciendo CO2 «Sin el ciclo de producción de hidrógeno, alguien necesita resolverlo», dice Milad Ahmadi Khashwai de la Universidad Northwestern, Estados Unidos. “La parte de captura es mucho más avanzada que la parte de intercambio, así que supongamos que capturaremos CO.2. Necesitamos usarlo en lugar de simplemente mantenerlo bajo tierra”.

Khoshooei y sus colegas de Northwestern y la Universidad de Calgary en Canadá, dirigidos por Omar Farah de Northwestern, descubrieron un catalizador eficiente que era selectivo para el monóxido de carbono, en lugar del metano, bajo exceso de hidrógeno. Anteriormente, los catalizadores de carburo de molibdeno habían resultado prometedores, pero a menudo mostraban una selectividad inicial inadecuada o se degradaban rápidamente a las altas temperaturas utilizadas en la reacción.

Los investigadores descubrieron a partir de análisis espectroscópicos y simulaciones de la teoría funcional de la densidad que la fase cúbica metaestable del carburo de molibdeno era más activa y selectiva que la fase hexagonal estable y compacta. Descubrieron que, simplemente carburando azúcar de mesa con molibdato de amonio, producían un catalizador compuesto por nanocristalitos de fase pura de carburo de molibdeno cúbico, protegidos por una capa carbonosa y átomos intersticiales, cuya recristalización se detiene. A 500 °C, el catalizador mostró una conversión rápida, cercana al equilibrio y una selectividad del 100 % al monóxido de carbono. Se mantuvo en funcionamiento durante 500 horas. Los investigadores avanzan hacia la comercialización del catalizador.

Esquema

Bert Weckhuysen, del Grupo de Catálisis y Química Orgánica de la Universidad de Utrecht (Países Bajos), junto con su colega Eelco Vogt, publicaron esta semana un análisis detallado de los desafíos de construir una refinería sin combustibles fósiles para 2050.2 Weckhuysen dice que el trabajo actual es un estudio mecanicista exhaustivo sobre un catalizador especialmente derivado para una reacción importante, que podría conducir a la neutralidad de carbono, o una baja huella de carbono, en futuros escenarios de reacción.2 Procesos de cambio.

Quedó particularmente impresionado por la estabilidad de este catalizador de molibdeno en particular y la explicación mecanicista que la confirmó a través de investigaciones, experimentos y teorías. «Creo que necesitan observar el efecto de la cepa, porque muchos CO2 Las fuentes puntuales de cosas como la metalurgia no son el único CO2: Estos incluyen otros elementos: metales y otros. La pregunta es si se puede mantener una operación realista y estable bajo condiciones de operación severas y realistas.

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