I progressi nella tecnologia laser aprono nuove prospettive per carburante ed energia più puliti

Gli scienziati hanno sviluppato una tecnologia laser che potrebbe aprire la strada a tecnologie energetiche e combustibili pulite in futuro.

Abbiamo urgentemente bisogno di modi rispettosi dell’ambiente e sostenibili per sostituire i combustibili fossili, il petrolio e il gas naturale. L’anidride carbonica (CO2) è un abbondante prodotto di scarto prodotto da tutte le attività e fonti che fanno affidamento sui combustibili fossili. Circa 35 miliardi di tonnellate di anidride carbonica vengono rilasciate nei nostri pianeta atmosfera ogni anno come prodotto di scarto proveniente da centrali elettriche, veicoli e impianti industriali in tutto il mondo. Per mitigare gli effetti della CO2 sul clima globale, questa CO2 sprecata potrebbe piuttosto essere convertita in energia utilizzabile energia come il monossido di carbonio e altre fonti abbondanti di energia. Ad esempio, reagendo con l'acqua la CO2 produce gas idrogeno ricco di energia, quando reagisce con l'idrogeno produce sostanze chimiche utili come idrocarburi o alcol. Tali prodotti potrebbero essere utilizzati per vari scopi e anche su scala industriale globale.

Gli elettrocatalizzatori sono catalizzatori che prendono parte a reazioni elettrochimiche, quando è in corso una reazione chimica ma è coinvolta anche l'energia elettrica. Ad esempio, il catalizzatore giusto può aiutare a far reagire idrogeno e ossigeno per produrre acqua in modo controllato, altrimenti sarà solo una miscela casuale di due gas. O anche per produrre elettricità bruciando idrogeno e ossigeno. Gli elettrocatalizzatori modificano o aumentano la velocità delle reazioni chimiche senza consumarsi nella reazione. Nel contesto della CO2, gli elettrocatalizzatori sono considerati rilevanti e promettenti in termini di "cambiamento graduale" di efficienza nella riduzione della CO2 come desiderato.

Sfortunatamente, l'esatto meccanismo di come funzionano questi elettrocatalizzatori non è completamente compreso e rimane una sfida significativa differenziare tra strati di molecole intermedie di breve durata con il "rumore" di molecole inattive nella soluzione. Questa comprensione limitata del meccanismo pone difficoltà in qualsiasi possibile alterazione nella progettazione degli elettrocatalizzatori.

Gli scienziati della Liverpool University nel Regno Unito hanno dimostrato a lasertecnica basata sulla spettroscopia per la riduzione elettrochimica dell'anidride carbonica in situ nel loro studio pubblicato in Catalisi della natura. Hanno usato per la prima volta la generazione di frequenza di somma vibrazionale o la spettroscopia VSFG insieme a esperimenti elettrochimici per esplorare un catalizzatore (Mn(bpy)(CO)3Br) che è visto come un promettente elettrocatalizzatore per la riduzione della CO2. Per la prima volta è stato osservato il comportamento di intermediari cruciali presenti nel ciclo catalitico di una reazione per un intervallo molto breve. La tecnologia VSFG permette di seguire in un ciclo catalitico il comportamento e il movimento di specie anche a vita estremamente breve e quindi ci aiuta a capire come funzionano gli elettrocatalizzatori. Quindi, è compreso il comportamento esatto di come funzionano gli elettrocatalizzatori in una reazione chimica.

Questo studio fornisce approfondimenti su alcuni dei complessi percorsi chimici e può permetterci di creare nuovi progetti per elettrocatalizzatori. I ricercatori stanno già studiando come migliorare la sensibilità di questa tecnica e stanno sviluppando un nuovo sistema di rilevamento per un migliore rapporto segnale/rumore. Questo approccio potrebbe aiutare ad aprire strade per efficienti carburante pulito e ottieni più potenziale per energia pulita. Tale processo alla fine deve essere scalato a livello industriale per ottenere una maggiore efficienza a livello commerciale. La gestione di grandi volumi di CO2 prodotta da impianti di combustione di combustibili fossili richiederà progressi industriali.

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Fonte (s)

Neri G et al. 2018. Rilevazione di intermedi catalitici sulla superficie di un elettrodo durante la riduzione dell'anidride carbonica da parte di un catalizzatore abbondante in terra. Catalisi della natura. https://doi.org/10.17638/datacat.liverpool.ac.uk/533

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