Identificados los intermediarios químicos clave en la reacción de conversión de contaminantes en combustible

Estos trabajos ayudarán a convertir un contaminante atmosférico en combustible para los vehículos y en materias primas químicas para la industria

11.07.2022 - Japón

Investigadores de la Universidad de Tsukuba y socios colaboradores midieron experimentalmente la hidrogenación del formiato adsorbido por el metal. Este desarrollo facilitará la conversión práctica del contaminante dióxido de carbono en combustible de metanol.

La contaminación por dióxido de carbono sigue modificando el clima mundial. Los investigadores saben cómo localizar dicha contaminación, incluso a nivel regional y casi en tiempo real, como se ha destacado este año en Science Advances (22 de abril). Como parte de la solución a la contaminación por dióxido de carbono, muchos estudios se centran en cómo convertir este contaminante en un combustible, como el metanol. Los catalizadores a base de cobre son una herramienta para tales conversiones. Para optimizar la conversión del contaminante dióxido de carbono en combustible metanol es esencial comprender la química correspondiente paso a paso. Sin embargo, los detalles de esta química siguen sin estar claros; se necesitan experimentos para comprobar las hipótesis que actualmente se basan en simulaciones por ordenador.

Ahora, en un estudio publicado recientemente en Journal of the American Chemical Society, investigadores de la Universidad de Tsukuba y socios colaboradores han medido experimentalmente la hidrogenación del formiato adsorbido con cobre. Este estudio ayudará a los investigadores a optimizar los pasos críticos del mencionado proceso de conversión de contaminantes en combustible, y así acelerar la producción de metanol.

El nuevo método convierte el dióxido de carbono en metano a bajas temperaturas

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"La hidrogenación del dióxido de carbono en metanol es una tecnología potencialmente clave para producir combustible y materias primas químicas, pero optimizar la reacción sigue siendo difícil", explica el Dr. Kotaro Takeyasu, autor principal. "Esto se debe a que es difícil detectar experimentalmente los productos químicos intermedios en el mecanismo de reacción paso a paso".

La espectroscopia de absorción por reflexión en infrarrojos y la desorción programada por temperatura fueron fundamentales para obtener dos hallazgos principales. En primer lugar, a una temperatura de 200 Kelvin, la exposición al hidrógeno atómico correspondió a la hidrogenación del formiato adsorbido. La naturaleza química exacta del producto aún no está clara. También se descubrió que, a una temperatura de 250 Kelvin, el formiato hidrogenado se descomponía de nuevo en formiato adsorbido o formaldehído gaseoso, en una proporción de 96:4.

"Basándonos en nuestro trabajo experimental y computacional, la energía de activación de la hidrogenación del formiato adsorbido es de aproximadamente 121 kilojulios por mol", afirma el Dr. Takeyasu. "Nuestros resultados son coherentes con los resultados comunicados en estudios de síntesis de metanol".

Las aleaciones de cobre y zinc son particularmente comunes en esta línea de trabajo. El grupo de investigación está investigando actualmente cómo se comparan las energías de activación comunicadas en el presente estudio con aleaciones catalíticas especialmente útiles, que también requieren investigaciones experimentales y computacionales.

Los resultados de este estudio ayudarán a los investigadores a optimizar la producción de metanol a partir del dióxido de carbono. Este trabajo ayudará a convertir un contaminante atmosférico en combustible para vehículos y en materias primas químicas para la industria. Además, proporciona un medio para añadir valor al dióxido de carbono, que suele considerarse un residuo. Al optimizar la reacción de hidrogenación aquí descrita, los investigadores podrían disponer de una nueva herramienta para aprovechar al máximo los recursos limitados.

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