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 urgente bisogno di metodi ecocompatibili e sostenibili per sostituire i combustibili fossili, il petrolio e il gas naturale. L'anidride carbonica (CO2) è un prodotto di scarto abbondante, generato da tutte le attività e fonti che dipendono dai combustibili fossili. Ogni anno, circa 35 miliardi di tonnellate di anidride carbonica vengono rilasciate nell'atmosfera del nostro pianeta 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 di scarto potrebbe essere convertita in energia utilizzabile , come il monossido di carbonio e altre fonti energetiche abbondanti. Ad esempio, la reazione della CO2 con l'acqua produce idrogeno gassoso, ricco di energia; la reazione con l'idrogeno produce sostanze chimiche utili come idrocarburi o alcoli. Tali prodotti potrebbero essere utilizzati per diversi scopi, 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.

In uno studio pubblicato su Nature Catalysis , alcuni scienziati dell'Università di Liverpool, nel Regno Unito, hanno dimostrato una tecnica di spettroscopia laser per la riduzione elettrochimica in situ dell'anidride carbonica. Hanno utilizzato per la prima volta la spettroscopia VSFG (Vibrational Sum-Frequency Generation) insieme a esperimenti elettrochimici per studiare un catalizzatore (Mn(bpy)(CO)3Br), considerato un promettente elettrocatalizzatore per la riduzione della CO2. Per la prima volta è stato osservato il comportamento di intermedi cruciali, presenti nel ciclo catalitico di una reazione per un intervallo di tempo molto breve. La tecnologia VSFG permette di seguire il comportamento e il movimento anche di specie con una vita estremamente breve in un ciclo catalitico, contribuendo così a comprendere il funzionamento degli elettrocatalizzatori. In questo modo, si comprende con precisione il comportamento degli elettrocatalizzatori in una reazione chimica.

Questo studio fornisce informazioni su alcuni dei complessi percorsi chimici e può consentirci di creare nuovi design per gli 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 contribuire ad aprire nuove strade per combustibili puliti efficienti e a sfruttare maggiormente il potenziale delle energie pulite . Un tale processo dovrà infine essere scalato a livello industriale per ottenere una maggiore efficienza a livello commerciale. La gestione di grandi volumi di CO2 prodotti dagli impianti che bruciano combustibili fossili richiederà progressi industriali.

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Fonte (s)

Neri G et al. 2018. Rilevamento di intermedi catalitici sulla superficie di un elettrodo durante la riduzione dell'anidride carbonica mediante un catalizzatore abbondante sulla Terra. Nature Catalysis . https://doi.org/10.17638/datacat.liverpool.ac.uk/533

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