Lurzoruko mineral zabaldu bat, α-burdina-(III) oxihidroxidoa, karbono dioxidoa azido formikora fotoerreduzitzeko katalizatzaile birziklagarria dela ikusi da. Kreditua: Kazuhiko Maeda irakaslea
CO2-aren erregai garraiagarrietara, hala nola azido formikora (HCOOH), fotoerredukzioa modu ona da atmosferako CO2 mailaren igoerari aurre egiteko. Zeregin honetan laguntzeko, Tokioko Teknologia Institutuko ikerketa-talde batek erraz eskuragarri dagoen burdin-oinarritutako mineral bat aukeratu eta alumina-euskarri batean kargatu zuen CO2 HCOOH bihurtzeko gai den katalizatzaile bat garatzeko, % 90eko selektibitatearekin!
Ibilgailu elektrikoak aukera erakargarria dira jende askorentzat, eta arrazoi nagusietako bat karbono isuririk ez dutela da. Hala ere, askorentzat alde txar handia autonomia falta eta kargatzeko denbora luzeak dira. Hemen dute abantaila handia gasolina bezalako erregai likidoek. Energia-dentsitate handiak autonomia luzea eta erregai-betetze azkarra esan nahi du.
Gasolina edo dieseletik beste erregai likido batera aldatzeak karbono isuriak ezaba ditzake, erregai likidoen abantailak mantenduz. Erregai-pila batean, adibidez, azido formikoak motor bat elikatu dezake ura eta karbono dioxidoa askatzen dituen bitartean. Hala ere, azido formikoa atmosferako CO2 HCOOH bihurtuz sortzen bada, orduan irteera garbi bakarra ura da.
Gure atmosferako karbono dioxido mailaren igoera eta berotze globalean duen ekarpena albiste arruntak dira orain. Ikertzaileek arazoari aurre egiteko modu desberdinak esperimentatu ahala, irtenbide eraginkor bat sortu zen: atmosferako gehiegizko karbono dioxidoa energiaz betetako produktu kimiko bihurtzea.
Eguzki-argitan CO2-ren fotoerredukzio bidez azido formikoa (HCOOH) bezalako erregaien ekoizpenak arreta handia erakarri du azkenaldian, prozesuak onura bikoitza duelako: gehiegizko CO2 isuriak murrizten ditu eta gaur egun dugun energia-eskasia minimizatzen laguntzen du. Energia-dentsitate handiko hidrogenoaren garraiatzaile bikaina denez, HCOOH-k energia eman dezake errekuntzaren bidez, azpiproduktu gisa ura bakarrik askatuz.
Irtenbide errentagarri hau errealitate bihurtzeko, zientzialariek eguzki-argiaren laguntzaz karbono dioxidoa murrizten duten sistema fotokatalitikoak garatu dituzte. Sistema honek argia xurgatzen duen substratu batez (hau da, fotosentikortzaile batez) eta CO2-tik HCOOH-ra murrizteko beharrezkoa den elektroi anitzeko transferentzia ahalbidetzen duen katalizatzaile batez osatuta dago. Eta horrela hasi ziren katalizatzaile egoki eta eraginkorrak bilatzen!
Karbono dioxidoaren fotokatalisi murrizketa konposatu erabilienak erabiliz infografiak erabiliz. Kreditua: Kazuhiko Maeda irakaslea
Beren eraginkortasunari eta birziklagarritasun potentzialari esker, katalizatzaile solidoak dira zeregin horretarako hautagairik onenak, eta urteetan zehar, kobalto, manganeso, nikel eta burdin oinarritutako egitura metal-organiko (MOF) askoren gaitasun katalitikoak aztertu dira, eta horien artean, azken honek abantaila batzuk ditu beste metalekiko. Hala ere, orain arte jakinarazi diren burdin oinarritutako katalizatzaile gehienek karbono monoxidoa baino ez dute sortzen produktu nagusi gisa, ez HCOOH.
Hala ere, arazo hau azkar konpondu zuen Tokioko Teknologia Institutuko (Tokyo Tech) ikertzaile talde batek, Kazuhiko Maeda irakasleak zuzenduta. Angewandte Chemie aldizkari kimikoan argitaratu berri den ikerketa batean, taldeak alumina (Al2O3) euskarridun burdinazko katalizatzaile bat erakutsi zuen α-burdina(III) oxihidroxidoa (α-FeO​​​ OH; geotita) erabiliz. α-FeO​​​OH/Al2O3 katalizatzaile berriak CO2tik HCOOHra bihurtzeko errendimendu bikaina eta birziklagarritasun bikaina erakusten ditu. Katalizatzailearen aukerari buruz galdetuta, Maeda irakasleak esan zuen: "Elementu ugariagoak aztertu nahi ditugu CO2 fotoerredukzio sistemetan katalizatzaile gisa. Katalizatzaile solido aktiboa, birziklagarria, toxikoa ez dena eta merkea behar dugu. Horregatik aukeratu ditugu goethita bezalako lurzoruko mineral zabalduak gure esperimentuetarako".
Taldeak inpregnazio-metodo sinple bat erabili zuen katalizatzailea sintetizatzeko. Ondoren, burdinaz euskarritutako Al2O3 materialak erabili zituzten CO2 fotokatalitikoki murrizteko giro-tenperaturan, rutenioan oinarritutako (Ru) fotosentikortzaile baten, elektroi-emaile baten eta 400 nanometro baino gehiagoko uhin-luzera dituen argi ikusgai baten presentzian.
Emaitzak oso itxaropentsuak dira. Haien sistemaren HCOOH produktu nagusirako selektibitatea % 80-90ekoa izan zen, % 4,3ko etekin kuantikoarekin (sistemaren eraginkortasuna adierazten duena).
Ikerketa honek bere motako lehenengo burdinazko katalizatzaile solido bat aurkezten du, HCOOH sor dezakeena fotosentikortzaile eraginkor batekin batera erabiltzen denean. Gainera, euskarri-material egokiaren (Al2O3) garrantzia eta erreakzio fotokimikoan duen eragina aztertzen ditu.
Ikerketa honen emaitzek karbono dioxidoa beste produktu kimiko erabilgarri batzuetara fotoerreduzitzeko metal noblerik gabeko katalizatzaile berriak garatzen lagun dezakete. "Gure ikerketak erakusten du energia berdearen ekonomiarako bidea ez dela konplikatua. Katalizatzaileak prestatzeko metodo sinpleek ere emaitza bikainak eman ditzakete, eta jakina da Lurrean ugariak diren konposatuak, alumina bezalako konposatuek lagunduta, CO2 murrizteko katalizatzaile selektibo gisa erabil daitezkeela", ondorioztatzen du Maeda irakasleak.
Erreferentziak: Daehyeon An, Shunta Nishioka doktorea, Shuhei Yasuda doktorea, Tomoki Kanazawa doktorea, Yoshinobu Kamakura doktorea, Yoshinobu Kamakura doktorea, Yoshinobu Kamakura doktorea, Yoshinobu Kamakura doktorea, Yoshinobu Kamakura doktorea, Yoshinobu Kamakura doktorea, Prof. Kazuhiko Maeda, 2022ko maiatzaren 12a, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
«Hor dute gasolina bezalako erregai likidoek abantaila handia. Haien energia-dentsitate handiak distantzia luzeak eta erregaia azkar hornitzea esan nahi du».
Eta zenbaki batzuk? Nola alderatzen da azido formikoaren energia-dentsitatea gasolinarekin? Formula kimikoan karbono atomo bakarra dagoenez, ez dut uste gasolinara hurbilduko denik ere.
Horrez gain, usaina oso toxikoa da eta, azido gisa, gasolina baino korrosiboagoa da. Ez dira ingeniaritza arazo konponezinak, baina azido formikoak autonomia handitzeko eta bateriaren erregai-denbora murrizteko abantaila nabarmenak eskaintzen ez baditu, ziurrenik ez da merezi ahalegina egitea.
Goethita lurzorutik ateratzeko asmoa badute, energia-intentsiboko meatze-eragiketa bat izango litzateke eta ingurumenarentzat kaltegarria izan liteke.
Lurzoruan goethita asko dagoela aipatu dezakete, susmoa baitut energia gehiago beharko litzatekeela beharrezko lehengaiak lortzeko eta goethita sintetizatzeko erreakzionatzeko.
Prozesuaren bizi-ziklo osoa aztertu eta guztiaren energia-kostua kalkulatu behar da. NASAk ez zuen doako jaurtiketarik aurkitu. Beste batzuek kontuan izan behar dute hau.
SciTechDaily: 1998az geroztik teknologiari buruzko albiste onenen etxea. Egon eguneratuta azken teknologiari buruzko albisteekin posta elektronikoz edo sare sozialen bidez.
Barbakoa zapore ketu eta liluragarrietan pentsatzea nahikoa da jende gehienari listua botatzeko. Uda heldu da, eta askorentzat…