Katalis murah yang terbuat dari gula memiliki kemampuan menghancurkan karbon dioksida

Katalis baru ini mungkin memberikan solusi potensial untuk menggunakan karbon yang ditangkap.

Katalis baru yang terbuat dari logam yang murah dan melimpah, gula meja biasa, memiliki kemampuan untuk menghancurkan karbon dioksida (CO2).₂) Gas.

Dalam studi baru yang dilakukan oleh Northwestern University, katalis berhasil mengubah karbon dioksida₂ menjadi karbon monoksida (CO), bahan penyusun penting untuk produksi berbagai bahan kimia bermanfaat. Ketika reaksi terjadi dengan adanya hidrogen, misalnya CO₂ Hidrogen diubah menjadi gas sintetis (atau syngas), bahan berharga untuk memproduksi bahan bakar yang dapat menggantikan bensin.

Dengan kemajuan terkini dalam teknologi penangkapan karbon, penangkapan karbon pasca pembakaran telah menjadi pilihan yang masuk akal untuk membantu mengatasi krisis perubahan iklim global. Namun bagaimana cara menangani karbon yang ditangkap masih menjadi pertanyaan terbuka. Katalis baru ini berpotensi memberikan solusi untuk menghilangkan gas rumah kaca yang kuat dengan mengubahnya menjadi produk yang lebih bernilai.

Studi ini akan dipublikasikan di majalah edisi 3 Mei Sains.

“Bahkan jika kita berhenti mengeluarkan karbon dioksida₂ Saat ini, atmosfer kita masih mengandung karbon dioksida berlebih₂ “Ini adalah hasil dari aktivitas industri selama berabad-abad yang lalu,” kata Milad Khoshoui dari Northwestern University, yang ikut memimpin penelitian tersebut. “Tidak ada solusi tunggal untuk masalah ini. Kita perlu mengurangi karbon dioksida₂ emisi Dan Temukan cara baru untuk mengurangi karbon dioksida₂ Konsentrasi sudah hadir di atmosfer. Kita harus memanfaatkan semua solusi yang mungkin.”

Diagram ini menunjukkan proses lengkap pembuatan katalis dan menggunakannya untuk mengubah karbon dioksida. Fotografi: Milad Khoshoui

“Kami bukanlah kelompok penelitian pertama yang mengubah karbon dioksida₂ “Ke produser lain,” kata Omar K.. Farha dari Northwestern University, penulis utama studi ini. “Namun, agar proses ini benar-benar praktis, diperlukan katalis yang memenuhi beberapa kriteria penting: keterjangkauan, stabilitas, kemudahan produksi, dan skalabilitas. Untungnya, material kami unggul dalam memenuhi persyaratan ini.

Seorang ahli dalam teknologi penangkapan karbon, Farha adalah Profesor Kimia Charles E. dan Emma H. ​​​​Morrison di Sekolah Tinggi Seni dan Sains Weinberg di Northwestern. Setelah memulai pekerjaan ini dengan gelar Ph.D. Khoshwai adalah kandidat di Universitas Calgary di Kanada, dan sekarang menjadi mahasiswa pascadoktoral di laboratorium Farha.

Solusi dari toko

Rahasia di balik katalis baru ini adalah molibdenum karbida, bahan keramik yang sangat keras. Tidak seperti banyak katalis lain yang memerlukan logam mahal, seperti platinum atau paladium, molibdenum adalah logam murah dan tidak mulia yang melimpah di bumi.

Untuk mengubah molibdenum menjadi molibdenum karbida, para ilmuwan membutuhkan sumber karbon. Mereka menemukan pilihan murah di tempat yang tidak terduga: dapur. Anehnya, gula – jenis gula putih berbentuk butiran yang ditemukan di hampir setiap rumah tangga – berfungsi sebagai sumber atom karbon yang mudah digunakan dan murah.

“Setiap hari saya mencoba membuat bahan-bahan ini, saya membawa gula dari rumah ke laboratorium,” kata Khoshoui. “Jika dibandingkan dengan kelas bahan lain yang biasa digunakan dalam katalis, produk kami sangat murah.”

Selektivitas berhasil dan stabil

Saat menguji katalis tersebut, Farha, Khoshoui dan kolaboratornya terkesan dengan keberhasilannya. Beroperasi pada tekanan sekitar dan suhu tinggi (300-600 derajat). Celsius), katalis CO yang dikonversi₂ menjadi karbon dioksida dengan selektivitas 100%.

Selektivitas yang tinggi berarti katalis hanya beroperasi pada karbon dioksida₂ Tanpa merusak material disekitarnya. Dengan kata lain, industri dapat menggunakan katalis pada sejumlah besar gas yang ditangkap dan secara selektif hanya menargetkan karbon dioksida.₂. Katalisnya juga tetap stabil seiring berjalannya waktu, artinya tetap aktif dan tidak terurai.

“Dalam kimia, tidak jarang suatu katalis kehilangan selektivitasnya setelah beberapa jam,” kata Farha. “Tetapi setelah 500 jam dalam kondisi yang sulit, selektivitasnya tidak berubah.”

Hal ini sangat penting karena CO₂ Ini adalah molekul yang stabil dan keras kepala.

“Konversi CO₂ “Ini tidak mudah,” kata Khoshuai. “Ko₂ Ini adalah molekul yang stabil secara kimia, dan kita harus mengatasi stabilitas ini, yang membutuhkan banyak energi.

Pendekatan tandem untuk pembersihan karbon

Mengembangkan material yang dibutuhkan untuk menangkap karbon adalah fokus utama Farha Lab. Kelompoknya sedang mengembangkan kerangka logam-organik (Kerangka kerja organik logam), kelas bahan berukuran nano yang sangat berpori yang disamakan Farha dengan “spons mandi yang canggih dan dapat diprogram”. Farha sedang menjajaki Kementerian Keuangan untuk beragam aplikasi, termasuk penangkapan karbon dioksida₂ Langsung dari udara.

Kini, Farha mengatakan Kementerian Keuangan dan katalis baru dapat bekerja sama untuk berperan dalam penangkapan dan penyerapan karbon.

“Pada titik tertentu, kita dapat menggunakan Kementerian Keuangan untuk menangkap karbon dioksida, diikuti dengan katalis untuk mengubahnya menjadi sesuatu yang lebih berguna,” saran Farha. “Sistem tandem yang menggunakan dua bahan berbeda untuk dua langkah berurutan bisa menjadi solusinya.”

“Hal ini dapat membantu kita menjawab pertanyaan: Apa yang kita lakukan dengan karbon dioksida yang ditangkap?₂“Khushui menambahkan. “Saat ini, rencananya adalah mengisolasinya di bawah tanah. Namun reservoir bawah tanah harus memenuhi beberapa persyaratan agar dapat menyimpan karbon dioksida dengan aman dan permanen.”₂. Kami ingin merancang solusi yang lebih universal yang dapat digunakan di mana saja sambil menambah nilai ekonomi.

Referensi: “Katalis molibdenum karbida kubik yang aktif dan stabil untuk reaksi transformasi reversibel air-gas suhu tinggi” oleh Milad Ahmadi Khoshui, Shijun Wang, Gerardo Vitale, Philip Formalek, Kent O. Kerlikovalli, Randall Q. Senor, Pedro Pereira-Almao, dan Omar K. Farha, 2 Mei 2024, Sains.
doi: 10.1126/science.adl1260

Studi ini didukung oleh Departemen Energi AS, National Science Foundation, dan Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada.