doi.org/10.1038/s44160-024-00648-9
Credibilidade: 999
#Energia
Uma etapa fundamental para a reutilização do CO2 para a fabricação de combustíveis sustentáveis é unir os átomos de carbono em cadeias, e um sistema de fotossíntese artificial desenvolvido na Universidade de Michigan pode unir dois deles em hidrocarbonetos com desempenho líder em campo.
O sistema produz etileno com eficiência, rendimento e longevidade bem acima de outros sistemas de fotossíntese artificial.
O etileno é um hidrocarboneto tipicamente usado em plásticos, portanto, uma aplicação direta do sistema seria a coleta de dióxido de carbono que, de outra forma, seria despejado na atmosfera para a fabricação de plásticos.”
O desempenho, ou seja, a atividade e a estabilidade, é cerca de cinco a seis vezes melhor do que o tipicamente relatado para a redução do dióxido de carbono da energia solar ou da luz para o etileno,” disse Zetian Mi, professor de engenharia elétrica e de computadores da Universidade de Michigan e autor correspondente do estudo em Nature Synthesis.”
O etileno é, de fato, o composto orgânico mais produzido no mundo, mas é tipicamente produzido com óleo e gás, sob altas temperaturas e pressões, que emitem CO2.”
A meta de longo prazo é unir cadeias mais longas de átomos de carbono e hidrogênio para produzir combustíveis líquidos que possam ser facilmente transportados.
Parte do desafio é remover todo o oxigênio do CO2, como fonte de carbono, e da água, H2O, como fonte de hidrogênio.
O dispositivo absorve a luz por meio de dois tipos de semicondutores: uma floresta de nanofios de nitreto de gálio, cada um com apenas 50 nanômetros (algumas centenas de átomos) de largura, e a base de silício sobre a qual eles foram cultivados.
A reação que transforma a água e o dióxido de carbono em etileno ocorre em aglomerados de cobre, cada um com cerca de 30 átomos, que pontuam os nanofios.
Os nanofios são submersos em água enriquecida com dióxido de carbono e expostos à luz equivalente à do sol ao meio-dia.
A energia da luz libera elétrons que dividem a água perto da superfície dos nanofios de nitreto de gálio.
Isso cria hidrogênio para alimentar a reação do etileno, mas também oxigênio que o nitreto de gálio absorve para se tornar óxido de nitreto de gálio.
O cobre é bom para se prender ao hidrogênio e agarrar o carbono do dióxido de carbono, transformando-o em monóxido de carbono.
Com o hidrogênio na mistura e uma injeção de energia da luz, a equipe acredita que duas moléculas de monóxido de carbono se ligam ao hidrogênio.
Acredita-se que a reação seja concluída na interface entre o cobre e o óxido de nitreto de gálio, onde os dois átomos de oxigênio são retirados e substituídos por três átomos de hidrogênio provenientes da divisão da água.
A equipe descobriu que 61% dos elétrons livres que os semicondutores geraram com a luz contribuíram para a reação de produção do etileno.
Embora um catalisador diferente, baseado em prata e cobre, tenha alcançado uma eficiência semelhante de aproximadamente 50%, ele precisava ser executado em um fluido à base de carbono e só podia funcionar por algumas horas antes de se degradar.
Em contraste, o dispositivo da equipe de Michigan funcionou por 116 horas sem desacelerar e a equipe operou dispositivos semelhantes por 3.000 horas.
Isso se deve, em parte, ao relacionamento sinérgico entre o nitreto de gálio e o processo de divisão da água: a adição de oxigênio melhora o catalisador e permite um processo de autocura.
Os limites da longevidade do dispositivo serão explorados em trabalhos futuros.
Por fim, o dispositivo produziu etileno a uma taxa mais de quatro vezes maior do que a dos sistemas concorrentes mais próximos.”
No futuro, queremos produzir alguns outros compostos multicarbonados, como o propanol, com três carbonos ou produtos líquidos”, disse Bingxing Zhang, cientista assistente de pesquisa da Universidade de Michigan em engenharia elétrica e de computação e primeiro autor do artigo.
Os combustíveis líquidos, que poderiam permitir que muitas das tecnologias de transporte existentes se tornassem sustentáveis, são o objetivo final de Mi.
Publicado em 19/09/2024 14h44
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