Ossigeno per Marte
Fissione diretta: processo elettrochimico che utilizza l'anidride carbonica per generare ossigeno
Per mitigare il cambiamento climatico globale è necessario ridurre drasticamente le emissioni di anidride carbonica, causa principale del cambiamento climatico. Un nuovo approccio prende due piccioni con una fava: laCO2 viene scomposta elettrochimicamente direttamente in carbonio e ossigeno. Come riporta un team di ricerca cinese sulla rivista Angewandte Chemie, anche l'ossigeno potrebbe essere prodotto in questo modo, ad esempio sott'acqua o nei viaggi spaziali, senza dover soddisfare requisiti rigorosi in termini di pressione e temperatura, ad esempio.
Le piante verdi hanno imparato l'arte della neutralità del carbonio: durante la fotosintesi, convertono laCO2 in ossigeno e glucosio. Gli atomi di idrogeno svolgono un ruolo importante come "mediatori" in questo processo. Tuttavia, l'intero processo non è particolarmente efficace. Inoltre, l'ossigeno prodotto non proviene dallaCO2, ma dall'acqua assorbita. Una vera e propria scissione dellaCO2 non ha luogo e non è ancora stata tecnicamente raggiunta a temperature moderate.
Ping He, Haoshen Zhou e il loro team dell'Università di Nanchino, in collaborazione con i ricercatori della Fudan University (Shanghai), hanno ora raggiunto l'obiettivo di scindere laCO2 direttamente in carbonio elementare e ossigeno. Al posto dell'idrogeno, come nelle piante, il litio assume il "ruolo di mediatore". Il team ha sviluppato un dispositivo elettrochimico a questo scopo. È costituito da un catodo di gas con un co-catalizzatore su scala nanometrica fatto di rutenio e cobalto (RuCo) e un anodo di litio metallico.La CO2 immessa nel catodo subisce una riduzione elettrochimica in due fasi con il litio. In primo luogo, si forma il carbonato di litio Li2CO3, che reagisce ulteriormente per formare l'ossido di litio Li2Oe il carbonio elementare. Il Li2Oviene poi convertito in ioni di litio e ossigeno gassoso O2 in un processo di ossidazione elettrocatalitica. Utilizzando un catalizzatore RuCo ottimizzato, è stata raggiunta una resa di O2 molto elevata, superiore al 98,6%, che supera in modo significativo l'efficienza della fotosintesi naturale. I test hanno avuto successo non solo conCO2 pura, ma anche con gas misti con diversicontenuti di CO2, tra cui un gas di scarico simulato, una miscelaCO2/O2 e un gas marziano simulato. L'atmosfera marziana è composta principalmente daCO2, ma la pressione è inferiore all'1% rispetto all'atmosfera terrestre. Pertanto, per l'atmosfera marziana simulata è stata utilizzata una miscela con argon e 1% diCO2.
Se l'elettricità necessaria proviene da energie rinnovabili, si aprono nuove strade verso la neutralità del carbonio. Allo stesso tempo, si tratta di un approccio pratico e controllabile alla generazione di O2 dallaCO2, con un'ampia gamma di potenziali applicazioni: dall'esplorazione di Marte e il rifornimento di ossigeno delle tute spaziali al supporto vitale sott'acqua e alle maschere respiratorie, fino alla purificazione dell'aria interna e al trattamento dei rifiuti industriali.
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