La nécessité de capturer le CO2 et de le transporter pour le stockage long lasting ou la conversion en utilisations finales valorisées est une priorité nationale récemment identifiée dans la loi bipartisane sur les infrastructures pour tendre vers des émissions nettes de gaz à effet de serre nulles d’ici 2050.
Maintenant, les chercheurs de l’Université Northwestern ont travaillé avec une équipe internationale de collaborateurs pour créer de l’acide acétique à partir de monoxyde de carbone dérivé du carbone capturé. L’innovation, qui utilise un nouveau catalyseur créé dans le laboratoire du professeur Ted Sargent, pourrait susciter un nouvel intérêt pour la capture et le stockage du carbone.
“La seize du carbone est faisable aujourd’hui d’un position de vue strategy, mais pas encore d’un place de vue économique”, a déclaré Sargent. “En utilisant l’électrochimie pour convertir le carbone capturé en produits avec des marchés établis, nous ouvrons de nouvelles voies pour améliorer ces économies, ainsi qu’une resource plus resilient pour les produits chimiques industriels dont nous avons encore besoin.”
L’article a été publié aujourd’hui (3 mai) dans la revue Character.
Sargent, l’auteur correspondant de l’article, est professeur de chimie Lynn Hopton Davis et Greg Davis de Northwestern au Weinberg College of Arts and Sciences et professeur de génie électrique et informatique à la McCormick College of Engineering. Son équipe a fait ses preuves dans l’utilisation d’électrolyseurs – des dispositifs dans lesquels l’électricité entraîne une réaction chimique souhaitée – pour convertir le carbone capturé en produits chimiques industriels clés, notamment l’éthylène et le propanol.
Bien que l’acide acétique soit le as well as connu en tant que composant clé du vinaigre domestique, un récent doctorat de l’Université de Toronto. le destinataire Josh Wicks, l’un des quatre co-auteurs principaux de l’article, a déclaré que cette utilisation ne représente qu’une petite proportion de ce pour quoi elle est utilisée.
“L’acide acétique dans le vinaigre doit provenir de resources biologiques by using la fermentation auto il est consommé par les humains”, a déclaré Wicks. “Mais environ 90% du marché de l’acide acétique est destiné aux matières premières dans la fabrication de peintures, de revêtements, d’adhésifs et d’autres produits. La manufacturing à cette échelle est principalement dérivée du méthanol, qui provient de combustibles fossiles.”
Les bases de données d’évaluation du cycle de vie ont montré à l’équipe que pour chaque kilogramme d’acide acétique produit à partir de méthanol, le processus libère 1,6 kg de CO2.
Leur méthode alternate se déroule through un processus en deux étapes : premièrement, le CO2 gazeux capturé passe à travers un électrolyseur, où il réagit avec l’eau et les électrons pour previous du monoxyde de carbone (CO). Le CO gazeux passe ensuite dans un deuxième électrolyseur, où un autre catalyseur le transforme en diverses molécules contenant deux atomes de carbone ou in addition.
“Un défi majeur auquel nous sommes confrontés est la sélectivité”, a déclaré Wicks. “La plupart des catalyseurs utilisés pour cette deuxième étape facilitent de multiples réactions simultanées, ce qui conduit à un mélange de différents produits à deux carbones qui peuvent être difficiles à séparer et à purifier. Ce que nous avons essayé de faire ici, c’est de mettre en spot des circumstances qui favorisent un produit au-dessus. tous les autres.”
Vinayak Dravid, un autre auteur principal de l’article et professeur Abraham Harris de science et d’ingénierie des matériaux, est le directeur fondateur du centre de caractérisation atomique et à l’échelle nanométrique (NUANCE) de la Northwestern University, qui a permis à l’équipe d’accéder à diverses capacités pour l’atome et l’électronique. -mesures à l’échelle des matériaux.
“Les problèmes de recherche modernes sont complexes et multiformes et nécessitent des capacités diverses mais intégrées pour analyser les matériaux jusqu’à l’échelle atomique”, a déclaré Dravid. “Des collègues comme Ted nous présentent des problèmes difficiles qui stimulent notre créativité pour développer de nouvelles idées et des méthodes de caractérisation innovantes.”
L’analyse de l’équipe a montré que l’utilisation d’une proportion beaucoup in addition faible de cuivre (approximativement 1 %) par rapport aux catalyseurs précédents favoriserait la creation d’acide acétique uniquement. Il a également montré que l’élévation de la pression à 10 atmosphères permettrait à l’équipe d’atteindre une efficacité record.
Dans l’article, l’équipe rapporte une efficacité faradique de 91%, ce qui signifie que 91 électrons sur 100 pompés dans les électrolyseurs se retrouvent dans le produit souhaité – dans ce cas, l’acide acétique.
“C’est l’efficacité faradique la in addition élevée pour tout produit multi-carbone à une densité de courant évolutive que nous ayons vue rapportée”, a déclaré Wicks. “Par exemple, les catalyseurs ciblant l’éthylène atteignent généralement un highest d’environ 70 % à 80 %, nous sommes donc nettement as well as élevés que cela.”
Le nouveau catalyseur apparaît également relativement steady : alors que l’efficacité faradique de certains catalyseurs a tendance à se dégrader avec le temps, l’équipe a montré qu’elle restait à un niveau élevé de 85 % même après 820 heures de fonctionnement.
Wicks espère que les éléments qui ont conduit au succès de l’équipe – notamment un nouveau produit cible, une pression de réaction légèrement accrue et une proportion furthermore faible de cuivre dans le catalyseur – inspireront d’autres équipes à sortir des sentiers battus.
“Certaines de ces approches vont à l’encontre de la sagesse conventionnelle dans ce domaine, mais nous avons montré qu’elles peuvent très bien fonctionner”, a-t-il déclaré. “À un second donné, nous devrons décarboner tous les éléments de l’industrie chimique, donc plus nous aurons de voies différentes vers des produits utiles, qu’il s’agisse d’éthanol, de propylène ou d’acide acétique, mieux ce sera.”
La recherche a été financée par le National Essential R&D Plan of China (numéro de subvention 2022YFC2106000, 2022YFA1505100 et 2020YFA0715000), la Countrywide Organic Science Foundation of China (numéros de subvention 11874164, 52006085, BE3250011, 52127816, 51832004, 51972129 et 52272202) et le Fonds d’innovation du Laboratoire nationwide d’optoélectronique de Wuhan. La China Postdoctoral Science Basis (numéros de subvention 2019TQ0104 et 2020M672343) et l’Université Jiao Tong de Shanghai (numéro de subvention WH220432516) sont également soutenues. Le programme Découverte du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) (numéro de subvention RGPIN-2017-06477) et le Fonds pour la recherche en Ontario (numéro de subvention ORF-RE08-034) ont fourni le financement. Enfin, le Conseil du Fonds Marsden pour le financement gouvernemental (numéro de subvention 21-UOA-237) et le catalyseur : subvention générale d’ensemencement (numéro de subvention 22-UOA-031-CGS), gérés par la Royal Modern society Te Ap?rangi, ont financé la recherche.
Ce travail a utilisé l’installation EPIC du centre NUANCE de l’Université Northwestern, qui a reçu le soutien de la ressource SHyNE (numéro de subvention NSF ECCS-2025633), de l’IIN et du programme MRSEC de Northwestern (numéro de subvention NSF DMR-1720139).