Visualización de las reacciones químicas
En el camino hacia los combustibles sintéticos
Los investigadores del laboratorio conjunto EPFL-Empa de Sion han desarrollado un sistema de reactor y un método de análisis que les ha permitido observar por primera vez la producción en tiempo real de gas natural sintético a partir de CO2 y H2.
Los investigadores del Joint Lab de la EPFL y de Empa han desarrollado un sistema de reactor y un método de análisis que permite observar por primera vez la producción en tiempo real de gas natural sintético a partir de CO2 y H2.
EPFL
La termografía infrarroja (IR) se utiliza para determinar la temperatura de personas y objetos con alta precisión y sin interferir con el sistema. Una sola imagen tomada con una cámara de infrarrojos puede capturar la misma cantidad de información que cientos o millones de sensores de temperatura a la vez. Además, las modernas cámaras de infrarrojos pueden alcanzar frecuencias de adquisición rápidas de más de 50 Hz, lo que permite la investigación de fenómenos dinámicos con alta resolución.
Ahora, los científicos suizos han diseñado un reactor que puede utilizar la termografía IR para visualizar las reacciones dinámicas de la superficie y correlacionarlas con otros métodos de análisis rápido de gases para obtener una comprensión holística de la reacción en condiciones rápidamente cambiantes. La investigación fue dirigida por Robin Mutschler y Emanuele Moioli en el laboratorio conjunto EPFL-Empa de Andreas Züttel en Sion y colaboraron con investigadores de la Universidad Politécnica de Milán.
Los científicos aplicaron su método a las reacciones catalíticas de superficie entre el dióxido de carbono y el hidrógeno, incluyendo la reacción de Sabatier, que puede utilizarse para producir metano sintético a partir de energía renovable combinando el CO2 de la atmósfera y el H2 de la división del agua, permitiendo así la síntesis de los e-combustibles - combustibles sintéticos renovables con propiedades similares a sus homólogos fósiles. La reacción de Sabatier también se utilizará en la producción de metano proyectada en el demostrador de movilidad "move" en el campus de Empa en Dübendorf. En este proceso químico se requiere un catalizador para activar el CO2 relativamente inerte como reactivo.
Diseños optimizados de reactores y catalizadores
En particular, los investigadores se centraron en la investigación de los fenómenos de reacción dinámica que se producen durante la activación de la reacción a partir de diferentes estados iniciales de catalizador. "La reacción en el catalizador es favorecida por una superficie hidrogenada mientras que una exposición al CO2 envenena el catalizador e inhibe una rápida activación de la reacción", dice Mutschler. Y Moioli añade: "Gracias a este nuevo enfoque, pudimos visualizar nuevos fenómenos de reacción dinámica nunca antes observados."
En su estudio, mostraron por primera vez el catalizador funcionando y respondiendo a los cambios en la composición del gas de alimentación en tiempo real. Debido a sus resultados, el comportamiento de arranque y activación de la reacción se entiende mejor ahora, lo que puede conducir a diseños optimizados de reactores y catalizadores para mejorar el rendimiento de estos sistemas de reactores que trabajan en condiciones dinámicas.
Esto es crucial, ya que la energía renovable suele proporcionar energía y reactivos en cantidades variables y, por lo tanto, los reactores que convierten la energía renovable en combustibles tienen que adaptarse para trabajar en condiciones dinámicas. El estudio fue apoyado por la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia (FNS).
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