Os pesquisadores da ORNL desenvolveram um catalisador feito de nanopartículas de cobre (vistas como esferas) embutidas em nanospikes de carbono que podem converter dióxido de carbono em etanol. (imagem de alta resolução)

Cientistas descobrem acidentalmente como transformar CO2 em etanol

Em uma reviravolta para a tecnologia de desperdício de combustível, cientistas do Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia desenvolveram um processo eletroquímico que usa pequenas pontas de carbono e cobre para transformar o dióxido de carbono, um gás com efeito de estufa, em etanol. A sua descoberta, que envolve a nanofabricação e a ciência da catálise, foi serendipitosa.

 

Yang Song da ORNL (sentada), Dale Hensley (de pé à esquerda) e Adam Rondinone examinam uma amostra de nanospike de carbono com um microscópio eletrônico de varredura.
Yang Song da ORNL (sentado), Dale Hensley (de pé à esquerda) e Adam Rondinone examinam uma amostra de nanospike de carbono com um microscópio eletrônico de varredura.

“Nós descobrimos um pouco por acidente que este material funcionou”, disse Adam Rondinone, autor principal do ORNL, autor principal do estudo da equipe publicado na ChemistrySelect. “Estávamos tentando estudar o primeiro passo de uma reação proposta quando percebemos que o catalisador estava fazendo toda a reação por conta própria”.

A equipe usou um catalisador de carbono, cobre e nitrogênio e tensão ( de apenas 1,2 volts ) aplicada para desencadear uma reação química complicada que investe essencialmente o processo de combustão. Com a ajuda do catalisador baseado em nanotecnologia que contém múltiplos locais de reação, a solução de dióxido de carbono dissolvido em água transformou-se em etanol com um rendimento de 63%. Tipicamente, este tipo de reação eletroquímica resulta em uma mistura de vários produtos diferentes em pequenas quantidades.

“Estamos a tomar dióxido de carbono, um produto de combustão e estamos empurrando essa reação de combustão para trás com uma seletividade muito alta para um combustível útil”, disse Rondinone. “O etanol foi uma surpresa – é extremamente difícil ir direto do dióxido de carbono para o etanol com um único catalisador”.

A novidade do catalisador está em sua estrutura em nanoescala, composta por nanopartículas de cobre embutidas em picos de carbono. Esta abordagem de nano-texturização evita o uso de metais caros ou raros, como platina, que limitam a viabilidade econômica de muitos catalisadores.

 

Os pesquisadores da ORNL desenvolveram um catalisador feito de nanopartículas de cobre (vistas como esferas) embutidas em nanospikes de carbono que podem converter dióxido de carbono em etanol.


“Ao usar materiais comuns, mas organizando-os com nanotecnologia, descobrimos como limitar as reações secundárias e acabar com a única coisa que queremos”, disse Rondinone.

A análise inicial dos pesquisadores sugere que a superfície texturizada dos catalisadores fornece locais amplos e reativos para facilitar a conversão de dióxido de carbono para etanol.

“Eles são como pára-raios de 50 nanômetros que concentram a reatividade eletroquímica na ponta do pico”, disse Rondinone.

Dada a dependência da técnica de materiais de baixo custo e a capacidade de operar a temperatura ambiente na água, os pesquisadores acreditam que a abordagem pode ser ampliada para aplicações relevantes para o setor industrial. Por exemplo, o processo pode ser usado para armazenar o excesso de eletricidade gerada a partir de fontes de energia variáveis, como o vento e a energia solar.

“Um processo como este permitiria que você consumisse eletricidade extra quando disponível para fabricar e armazenar como etanol”, disse Rondinone. “Isso poderia ajudar a equilibrar uma rede fornecida por fontes renováveis ​​intermitentes”.

Os pesquisadores planejam refinar sua abordagem para melhorar a taxa de produção global e estudar mais as propriedades e o comportamento do catalisador.

O Song Yang de ORNL, Rui Peng, Dale Hensley, Peter Bonnesen, Liangbo Liang, Zili Wu, Harry Meyer III, Miaofang Chi, Cheng Ma, Bobby Sumpter e Adam Rondinone são co-autores do estudo, que é publicado como “High-Selectivity Electrochemical Conversion de CO2 para o Etanol usando um elétrodo de Nanopartícula de cobre / N-Doped Graphene. “

O trabalho foi apoiado pelo Escritório de Ciências da DOE e usou recursos no Centro ORNL para Ciências dos Materiais Nanophase, que é um Gabinete do Departamento de Ciências do Usuário da DOE.

UT-Battelle administra ORNL para o Escritório de Ciências da DOE. O Escritório de Ciência é o maior apoiador de pesquisas básicas nas ciências físicas nos Estados Unidos e está trabalhando para enfrentar alguns dos desafios mais prementes do nosso tempo. Para mais informações, visite http://science.energy.gov/.