E se potessimo rivitalizzare i rifiuti di anidride carbonica?
Il KIMS e il KAIST hanno sviluppato un processo di sintesi del catalizzatore e una tecnologia di controllo di precisione per massimizzare l'efficienza della conversione dell'anidride carbonica
Poiché la gravità del cambiamento climatico e le emissioni di carbonio diventano un problema globale, sono urgentemente necessarie tecnologie per convertire l'anidride carbonica (CO₂) in risorse come combustibili e composti chimici. Il gruppo di ricerca del dottor Dahee Park del Dipartimento di Ricerca sui Nanomateriali del Korea Institute of Materials Science (KIMS), in collaborazione con il team del professor Jeong-Young Park del Dipartimento di Chimica del KAIST, ha sviluppato una tecnologia catalitica che aumenta significativamente l'efficienza della conversione del biossido di carbonio(CO2).
Rappresentazione schematica del miglioramento della reazione di conversione della CO2 ottenuto grazie agli effetti sinergici dei catalizzatori a doppio atomo
Korea Institute of Materials Science (KIMS)
Le tecnologie convenzionali per la conversione dell'anidride carbonica(CO2) hanno problemi di commercializzazione a causa della loro bassa efficienza in relazione all'elevato consumo energetico. In particolare, i catalizzatori a singolo atomo (SAC) soffrono di processi di sintesi complessi e di difficoltà nel mantenere un legame stabile con i supporti di ossido metallico, che sono fondamentali per stabilizzare le particelle di catalizzatore e migliorarne la durata. Di conseguenza, le prestazioni di questi catalizzatori sono state finora limitate.
Per superare queste limitazioni, il team di ricerca ha sviluppato tecnologie per catalizzatori a singolo e doppio atomo (DSAC) e ha introdotto un processo semplificato per migliorare l'efficienza del catalizzatore. Questo sfrutta le interazioni elettroniche tra i metalli nei catalizzatori a doppio atomo singolo (DSAC), ottenendo tassi di conversione più elevati e un'eccellente selettività (la capacità di un catalizzatore di controllare la produzione dei prodotti desiderati) rispetto alle tecnologie esistenti.
Questa tecnologia si basa su un approccio alla progettazione dei catalizzatori che controlla con precisione i vuoti di ossigeno e le strutture dei difetti nei supporti di ossido metallico, migliorando significativamente l'efficienza e la selettività delle reazioni di conversione del biossido di carbonio(CO2). I vuoti di ossigeno facilitano l'adsorbimento diCO2 sulla superficie del catalizzatore, mentre i catalizzatori con uno o due atomi singoli favoriscono l'adsorbimento di idrogeno (H2). L'effetto combinato di vacazioni di ossigeno, atomi singoli e atomi singoli doppi consente di convertire efficacemente laCO2 con l'H2 nei composti desiderati. I catalizzatori a doppio atomo singolo (DSAC) utilizzano le interazioni elettroniche tra due atomi di metallo per controllare attivamente il percorso di reazione e massimizzare l'efficienza.
Il team di ricerca ha utilizzato il metodo della pirolisi spray assistita da aerosol per sintetizzare i catalizzatori in un processo semplificato, dimostrando il suo potenziale per la produzione di massa. In questo processo, i materiali liquidi vengono convertiti in aerosol (particelle fini simili a nebbia) e introdotti in una camera riscaldata dove il catalizzatore si forma senza complessi passaggi intermedi. Questo metodo consente una distribuzione uniforme degli atomi di metallo all'interno del supporto di ossido metallico e un controllo preciso delle strutture dei difetti. Controllando con precisione queste strutture di difetti, il team è riuscito a formare catalizzatori stabili a singolo e doppio atomo (DSAC). Utilizzando i DSAC, è stato possibile ridurre l'uso di catalizzatori a singolo atomo di circa il 50%, ottenendo al contempo un'efficienza di conversione della CO2 più che doppia rispetto ai metodi convenzionali e una selettività eccezionalmente elevata, superiore al 99%.
Questa tecnologia può essere applicata in vari campi, come la sintesi di combustibili chimici, la produzione di idrogeno e l'industria dell'energia pulita. Inoltre, il metodo di sintesi del catalizzatore (pirolisi spray assistita da aerosol) è molto promettente per la commercializzazione grazie alla sua semplicità e all'elevata efficienza produttiva.
Il dottor Dahee Park, ricercatore principale, ha spiegato: "Questa tecnologia rappresenta un risultato significativo nel migliorare drasticamente le prestazioni dei catalizzatori per laconversione della CO2, consentendone la commercializzazione attraverso un processo semplificato. Si prevede che servirà come tecnologia di base per raggiungere la neutralità del carbonio". Il professor Jeong-Young Park del KAIST ha aggiunto: "Questa ricerca fornisce un metodo relativamente semplice per la sintesi di un nuovo tipo di catalizzatore a singolo atomo che può essere utilizzato in varie reazioni chimiche. Fornisce inoltre una base fondamentale per lo sviluppo di catalizzatori per la decomposizione e l'utilizzo dellaCO2, che è una delle aree di ricerca più urgenti per combattere il riscaldamento globale causato dai gas serra".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Dahee Park, Seunghwa Hong, Jaebeom Han, YongJoo Kim, Minhee Park, Byunghyun Lee, Yejin Song, Hye Young Koo, Sangsun Yang, Won Bo Lee, Jeong Young Park; "Insights into the synergy effect in dual single-atom catalysts on defective CeO2 under CO2 hydrogenation"; Applied Catalysis B: Environment and Energy, Volume 365
Altre notizie dal dipartimento scienza
