Proceso catalítico de plasma pionero para convertir dióxido de carbono en metanol en condiciones ambientales

Investigadores de la Universidad de Liverpool han logrado un importante avance en la conversión de dióxido de carbono (CO2) en energía.₂) en combustibles y productos químicos valiosos, lo que representa un paso importante hacia una economía sostenible y libre de emisiones.

en papel Publicado en la revista químicaEl equipo informa sobre un proceso catalítico de plasma pionero para la hidrogenación de dióxido de carbono₂ a metanol a temperatura ambiente y presión atmosférica.

Este avance aborda las limitaciones de la catálisis térmica convencional, que a menudo requiere altas temperaturas y presiones, lo que resulta en menores emisiones de CO2.₂ Conversión y producción de metanol.

El nuevo proceso utiliza un catalizador bimetálico de níquel-cobalto dentro de un reactor de plasma no térmico para lograr una impresionante selectividad del 46% para el metanol y del 24% para el dióxido de carbono en un solo proceso.₂ Conversión a 35°C y 0,1 MPa.

El plasma no térmico, un gas ionizado que contiene electrones activos y especies reactivas, puede activar fuertes enlaces químicos de moléculas inactivas como el dióxido de carbono.₂Facilitar reacciones químicas en condiciones suaves.

Además, los sistemas modulares basados ​​en plasma se pueden encender y apagar instantáneamente, lo que proporciona una gran flexibilidad para utilizar electricidad renovable intermitente para producir combustibles y productos químicos de forma descentralizada.

El profesor Shen Tu, jefe de catálisis de plasma de la Universidad de Liverpool, dijo: “Nuestro trabajo muestra que la catálisis de plasma proporciona una solución flexible y descentralizada para el CO2.₂ Hidrogenación a metanol en condiciones ambientales.

“Nuestra reciente evaluación tecnoeconómica también muestra que este proceso puede reducir significativamente los costos de capital en comparación con la tecnología tradicional de catálisis térmica de CO2.₂«Los procesos para convertir combustibles fósiles en metanol proporcionan un camino viable para utilizar fuentes de energía renovables en la producción de combustibles sintéticos».

Los cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) y la caracterización in situ del infrarrojo acoplado al plasma (FTIR) revelaron que la interfaz bimetálica Ni-Co es el principal centro activo para la síntesis de metanol, con CO₂ Absorción e hidrogenación que ocurren a través del mecanismo de Eli-Riedel (ER) para producir una variedad de intermedios.

Además, tanto la vía del formiato como la del carboxilo desempeñan un papel crucial en la formación de metanol, mientras que se descubrió que las vías de transformación reversible de agua-gas (RWGS) y de hidrogenación de CO son menos favorables en los sitios de Ni-Co.

El control preciso de los sitios de Ni-Co en catalizadores bimetálicos es muy prometedor para adaptar el peso de cada vía de reacción al mejorar la adsorción asimétrica de CO.₂ moléculas en las interfaces bimetálicas, modificando así efectivamente la distribución de los productos.

Esta investigación subraya el gran potencial de la estimulación por plasma como tecnología de electrificación emergente para la sostenibilidad del CO2.₂ La capacidad de realizar estas reacciones en condiciones ambientales utilizando un sistema de plasma modular y escalable representa una alternativa atractiva para la industria química.

Además, los sistemas basados ​​en plasma pueden funcionar con electricidad renovable intermitente, lo que mejora la viabilidad de la producción descentralizada de combustibles y productos químicos.

Este trabajo pionero supone un gran paso adelante en el campo del CO2 catalítico.₂ Esta transformación representa una oportunidad prometedora para que la investigación y las aplicaciones industriales futuras enfrenten los desafíos de un futuro sostenible.

El equipo de investigación de la Universidad de Liverpool es pionero en catálisis plasmática y también ha logrado avances pioneros en la conversión catalítica plasmática de dióxido de carbono.₂ A otro tipo de combustibles y químicos. Por ejemplo, han desarrollado procesos de plasma prometedores para el dióxido de carbono.₂ Metano y conversión en un solo paso de biogás a metanol y han presentado tres patentes en virtud del Tratado de Cooperación en materia de Patentes en esta área.