Encontrar una tecnología para cambiar el dióxido de carbono CO 2 , el gas de efecto invernadero antropogénico más abundante, desde un problema de cambio climático hasta un producto valioso, ha sido durante mucho tiempo el sueño de muchos científicos y funcionarios gubernamentales.Ahora, un equipo de químicos dice que han desarrollado una tecnología para convertir económicamente el CO atmosférico 2 directamente en nanofibras de carbono altamente valoradas para productos industriales y de consumo.
El equipo presentará una investigación completamente nueva sobre este nuevo CO 2 tecnología de captura y utilización en la 250ª Reunión y Exposición Nacional de la American Chemical Society ACS.
"Hemos encontrado una manera de usar CO atmosférico 2 para producir nanofibras de carbono de alto rendimiento ", dice Stuart Licht, Ph.D., que dirige un equipo de investigación en la Universidad George Washington." Estas nanofibras se utilizan para fabricar compuestos de carbono fuertes, como los que se usan en Boeing Dreamliner,así como en equipos deportivos de alta gama, palas de turbinas eólicas y una gran cantidad de otros productos "
Anteriormente, los investigadores habían fabricado fertilizantes y cemento sin emitir CO 2 lo cual informaron. Ahora, el equipo, que incluye a su compañero postdoctoral Jiawen Ren, Ph.D. y la estudiante graduada Jessica Stuart, dice que su investigación podría cambiar el CO 2 de un problema de calentamiento global a una alimentación para la fabricación de nanofibras de carbono a demanda.
Licht llama a su enfoque "diamantes del cielo". Eso se refiere a que el carbono es el material del que están hechos los diamantes, y también insinúa el alto valor de los productos, como las nanofibras de carbono que pueden fabricarse a partir de carbono atmosférico yoxígeno.
Debido a su eficiencia, este proceso de baja energía puede ejecutarse utilizando solo unos pocos voltios de electricidad, luz solar y una gran cantidad de dióxido de carbono. En su raíz, el sistema utiliza síntesis electrolíticas para fabricar las nanofibras. CO 2 se descompone en un baño electrolítico a alta temperatura de carbonatos fundidos a 1.380 grados F 750 grados C. Se agrega aire atmosférico a una celda electrolítica. Una vez allí, el CO 2 se disuelve cuando se somete al calor y a la corriente continua a través de electrodos de níquel y acero. Las nanofibras de carbono se acumulan en el electrodo de acero, donde pueden eliminarse, dice Licht.
Para alimentar las síntesis, el calor y la electricidad se producen a través de un sistema híbrido y extremadamente eficiente de concentración de energía solar. El sistema enfoca los rayos del sol en una célula solar fotovoltaica para generar electricidad y en un segundo sistema para generar calor y energía térmica,que eleva la temperatura de la celda electrolítica.
Licht estima que los costos de energía eléctrica de este "proceso electroquímico solar térmico" son de alrededor de $ 1,000 por tonelada de producto de nanofibras de carbono, lo que significa que el costo de funcionamiento del sistema es cientos de veces menor que el valor de la producción del producto.
"Calculamos que con un área física de menos del 10 por ciento del tamaño del desierto del Sahara, nuestro proceso podría eliminar suficiente CO 2 para disminuir los niveles atmosféricos a los de la revolución preindustrial en 10 años ", dice.
En este momento, el sistema es experimental, y el mayor desafío de Licht será acelerar el proceso y adquirir experiencia para fabricar nanofibras de tamaño constante. "Estamos ampliando rápidamente", agrega, "y pronto debería estar en el rango dehaciendo decenas de gramos de nanofibras por hora "
Licht explica que un avance que el grupo ha logrado recientemente es la capacidad de sintetizar fibras de carbono usando incluso menos energía que cuando se desarrolló inicialmente el proceso. "El crecimiento de nanofibras de carbono puede ocurrir a menos de 1 voltio a 750 grados C, que por ejemploes mucho menor que los 3-5 voltios utilizados en la formación industrial de aluminio de 1,000 grados C ", dice.
Título
Un nuevo enfoque para la utilización de dióxido de carbono: la batería de aire fundido de carbono
Resumen
Como los niveles de dióxido de carbono CO 2 aumento en la atmósfera de la Tierra, los efectos sobre el cambio climático se hacen cada vez más evidentes.A medida que aumenta la demanda de reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y disminuir nuestras emisiones de carbono, es necesaria una transición a las fuentes de energía renovables.Se debe establecer un almacenamiento rentable de energía eléctrica a gran escala para que las energías renovables se conviertan en una opción sostenible para el futuro.Anteriormente hemos demostrado que el dióxido de carbono se puede capturar directamente del aire con eficiencias solares de hasta el 50%, y que el dióxido de carbono asociado con la formación de cemento y la producción de otros productos se puede evitar electroquímicamente en el proceso STEP.
La batería de aire fundido de carbono, presentada por nuestro grupo a fines de 2013, es atractiva debido a su escalabilidad, flexibilidad de ubicación y construcción a partir de recursos fácilmente disponibles, proporcionando una batería que puede ser útil para aplicaciones a gran escala, como el almacenamiento deelectricidad renovable.4
Poco frecuente, la batería de aire fundido de carbono puede utilizar dióxido de carbono directamente del aire :
1 cargando: CO 2 g -> C sólido + O 2 g
2 descarga: C sólido + O 2 g -> CO 2 g
Más específicamente, en un electrolito de carbonato fundido que contiene óxido agregado, como el carbonato de litio con óxido de litio, la ecuación de reacción de carga de 4 electrones 1 se aproxima al 100% de eficiencia farádica y puede describirse como las siguientes dos ecuaciones :
1a O 2- disuelto + CO 2 g -> CO 3 2- fundido
1b CO 3 2- fundido -> C sólido + O 2 g + O 2- disuelto
Por lo tanto, alimentado por carbono formado directamente a partir del CO 2 en la atmósfera de nuestra tierra, la batería de aire fundido de carbono es un sistema viable para proporcionar almacenamiento de energía a gran escala.
1 S. Licht, "Síntesis eficiente impulsada por energía solar, captura de carbono y desalinización, PASO: Producción electroquímica solar térmica de combustibles, metales, lejía" Materiales avanzados , 47, 5592 2011.
2 S. Licht, H. Wu, C. Hettige, B. Wang, J. Lau, J. Asercion, J. Stuart "Cemento STEP: Producción electroquímica térmica solar de CaO sin CO 2 emisión, " Comunicaciones químicas , 48, 6019 2012.
3 S. Licht, B. Cui, B. Wang, F.-F.Li, J. Lau, S. Liu, "Síntesis de amoníaco por N2 y electrólisis de vapor en suspensiones de hidróxido fundido de Fe2O3 a nanoescala", ciencia , 345, 637 2014.
4 S. Licht, B. Cui, J. Stuart, B. Wang, J. Lau, "" Baterías de aire fundido - Una nueva y más alta clase de energía de baterías recargables, Energía y ciencias ambientales , 6, 3646 2013.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Sociedad Americana de Química . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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