Ahora se puede Convertir CO2 en energía utilizable

Por Ana Díaz VN | Los investigadores muestran que los átomos de níquel individuales son un catalizador eficiente y rentable para convertir el dióxido de carbono en productos químicos útiles.

Última Actualización en: marzo 10, 2018

Publicado a las 11:06 PM CST en Mar 7,2018 | Actualizado a las 11:06 PM CST en Mar 7,2018


UPTON, NY – Imagine si el dióxido de carbono (CO2) pudiera convertirse fácilmente en energía utilizable. Cada vez que se respira o conduce un vehículo de motor, se produce un ingrediente clave para la generación de combustibles. Al igual que la fotosíntesis en las plantas, podríamos convertir el CO2 en moléculas esenciales para la vida cotidiana. Ahora, los científicos están un paso más cerca.

Investigadores del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) forman parte de una colaboración científica que ha identificado un nuevo electrocatalizador que convierte eficientemente el CO2 en monóxido de carbono (CO), una molécula altamente energética. Sus hallazgos fueron publicados el 1 de febrero en Energy & Environmental Science.

Hay muchas maneras de usar CO “, dijo Eli Stavitski, un científico de Brookhaven y autor del artículo. Puede reaccionar con agua para producir gas hidrógeno rico en energía, o con hidrógeno para producir químicos útiles, como hidrocarburos o alcoholes. Si existiera una vía sostenible y rentable para transformar el CO2 en CO, beneficiaría enormemente a la sociedad “.

Los científicos de Brookhaven son fotografiados en NSLS-II beamline 8-ID, donde utilizaron luz de rayos X ultra-brillante para “ver” la complejidad química de un nuevo material catalítico. En la foto de izquierda a derecha están Klaus Attenkofer, Dong Su, Sooyeon Hwang y Eli Stavitski.

Los científicos han buscado durante mucho tiempo una forma de convertir CO2 en CO, pero los catalizadores eléctricos tradicionales no pueden iniciar la reacción de manera efectiva. Esto se debe a que una reacción competidora, llamada reacción de evolución de hidrógeno (HER) o “división del agua”, tiene prioridad sobre la reacción de conversión de CO2.

Unos pocos metales nobles, como el oro y el platino, pueden evitar a HER y convertir CO2 en CO; sin embargo, estos metales son relativamente raros y demasiado caros para servir como catalizadores rentables. Por lo tanto, para convertir el CO2 en CO de una manera rentable, los científicos utilizaron una forma completamente nueva de catalizador. En lugar de nanopartículas de metal noble, utilizaron átomos de níquel.

El metal de níquel, a granel, rara vez ha sido seleccionado como candidato prometedor para convertir el CO2 en CO “, dijo Haotian Wang, becario de Rowland en la Universidad de Harvard y autor correspondiente del artículo. Una razón es que le rinde muy bien, y reduce drásticamente la selectividad de reducción de CO2. Otra razón es que su superficie puede ser fácilmente envenenada por moléculas de CO si se produce alguna “.

Sin embargo, los átomos individuales de níquel producen un resultado diferente.

Los átomos individuales prefieren producir CO, en lugar de realizar la competencia HER, porque la superficie de un metal a granel es muy diferente de los átomos individuales “, dijo Stavitski.

Klaus Attenkofer, también científico de Brookhaven y coautor en el papel, añadió:”La superficie de un metal tiene un potencial energético: es uniforme. Mientras que en un solo átomo, cada lugar en la superficie tiene un tipo de energía diferente.”

Además de las propiedades energéticas únicas de los átomos individuales, la reacción de la conversación del CO2 fue facilitada por la interacción de los átomos de níquel con una hoja circundante de graphene. El anclaje de los átomos al grafeno permitió a los científicos afinar el catalizador y suprimirla.

Para echar un vistazo más de cerca a los átomos individuales de níquel dentro de la lámina de grafeno delgado atómicamente, los científicos utilizaron microscopía electrónica de transmisión de escaneo (STEM) en el Centro de Nanomateriales Funcionales de Brookhaven (CFN), una facilidad de usuario de la Oficina de Ciencias del DOE. Al escanear una sonda de electrones sobre la muestra, los científicos pudieron visualizar átomos discretos de níquel en el grafeno.

Nuestro microscopio electrónico de transmisión de última generación es una herramienta única para ver características extremadamente diminutas, como los átomos individuales “, dijo Sooyeon Hwang, científico de CFN y coautor en el periódico.

Los átomos individuales suelen ser inestables y tienden a acumularse en el soporte “, agregó Dong Su, también científico de la CFN y coautor del artículo. “Sin embargo, encontramos que los átomos individuales de níquel fueron distribuidos uniformemente, lo que explica el excelente rendimiento de la reacción de conversión.”

 

Para analizar la complejidad química del material, los científicos utilizaron la línea de rayo 8-ID en la fuente de luz National Synchrotron Light Source II (NSLS-II)-también una instalación de usuario de la Oficina de Ciencia del DOE en Brookhaven Lab. La luz de rayos X ultra-brillante en NSLS-II permitió a los científicos “ver” una vista detallada de la estructura interna del material.

Los fotones, o partículas de luz, interactúan con los electrones en los átomos de níquel para hacer dos cosas “, dijo Stavitski. Ellos envían los electrones a estados de energía más elevados y, al cartografiar esos estados de energía, podemos entender la configuración electrónica y el estado químico del material. A medida que aumentamos la energía de los fotones, ellos expulsan los electrones de los átomos e interactúan con los elementos vecinos “. En esencia, esto proporcionó a los científicos una imagen de la estructura local de los átomos de níquel.

Basándose en los resultados de los estudios de Harvard, NSLS-II, CFN e instituciones adicionales, los científicos descubrieron que los átomos de níquel individuales catalizaron la reacción de conversión de CO2 con una eficiencia máxima del 97 por ciento. Los científicos dicen que este es un paso importante hacia el reciclaje de CO2 para energía y productos químicos utilizables.

Para aplicar esta tecnología a aplicaciones reales en el futuro, actualmente estamos destinados a producir este catalizador atómico único de forma barata y a gran escala, al tiempo que mejoramos su rendimiento y mantenemos su eficiencia “, afirmó Wang.

Este estudio fue apoyado en parte por el Instituto Rowland de la Universidad de Harvard. Las operaciones en CFN y NSLS-II son apoyadas por la Oficina de Ciencia del DOE. Para obtener una lista completa de instituciones e instalaciones colaboradoras, consulte el documento científico.

El Laboratorio Nacional de Brookhaven cuenta con el apoyo de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de los Estados Unidos. La Oficina de Ciencias es el mayor patrocinador único de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos, y está trabajando para abordar algunos de los desafíos más apremiantes de nuestro tiempo. Para obtener más información, visite el sitio web science.energy.gov.


Referencias & Fuentes

1.forbes.com/forbes/welcome/?toURL=https://www.forbes.com/sites/kevinanderton/2018/03/03/using-nickel-atoms-to-convert-co2-into-usable-energy-infographic/&refURL=https://www.google.co.cr/&referrer=https://www.google.co.cr/

2.azocleantech.com/news.aspx?newsID=25498

3.futurism.com/researchers-have-found-a-way-to-convert-co2-into-a-usable-fuel/

4.energy.gov/articles/new-leaf-scientists-turn-carbon-dioxide-back-fuel

5.physnews.com/nano-physics-news/cluster1774533453/

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