Des chercheurs de la North Carolina State University ont considérablement augmenté l'efficacité de deux techniques, pour fractionner l'eau pour créer de l'hydrogène gazeux et fractionner le dioxyde de carbone (CO 2 ) pour créer du monoxyde de carbone (CO). Les produits sont des matières premières précieuses pour les applications d'énergie propre et de fabrication de produits chimiques.

Le processus de fractionnement de l'eau convertit avec succès 90 pour cent de l'eau en hydrogène gazeux, tandis que le CO 2 -le processus de fractionnement convertit plus de 98 pour cent du CO 2 en CO. De plus, le procédé utilise également l'oxygène résultant pour convertir le méthane en gaz de synthèse, qui est elle-même une matière première utilisée pour fabriquer des carburants et d'autres produits.

"Ces avancées sont rendues possibles par des matériaux que nous avons spécifiquement conçus pour avoir les propriétés thermodynamiques souhaitées pour chaque procédé, " dit Fanxing Li, un professeur agrégé de génie chimique et biomoléculaire à NC State qui est l'auteur correspondant de deux articles sur le travail. "Ces propriétés n'avaient pas été signalées auparavant, à moins que vous n'utilisiez des terres rares."

Pour le CO 2 -processus de fractionnement, les chercheurs ont développé un nanocomposite de ferrite de strontium dispersé dans une matrice chimiquement inerte d'oxyde de calcium ou d'oxyde de manganèse. En tant que CO 2 est passé sur un lit tassé de particules composé du nanocomposite, le matériau nanocomposite sépare le CO 2 et capture l'un des atomes d'oxygène. Cela réduit le CO 2 , ne laissant que du CO.

"Précédent CO 2 les techniques de conversion n'ont pas été très efficaces, convertir bien en dessous de 90 pour cent du CO 2 en CO, " dit Li. "Nous avons atteint des taux de conversion aussi élevés que 99%.

"Et le CO est précieux car il peut être utilisé pour fabriquer une variété de produits chimiques, y compris tout, des polymères à l'acide acétique, " dit Li.

Pendant ce temps, l'oxygène capté pendant le CO 2 -le processus de fractionnement est combiné avec du méthane et converti en gaz de synthèse à l'aide de l'énergie solaire.

Pour le processus de fractionnement de l'eau, les chercheurs ont créé des particules d'oxyde de manganèse et de baryum dopées au fer. Outre la différence de matériaux, le processus est remarquablement similaire. Comme l'eau - sous forme de vapeur - passe sur un lit de particules, l'oxyde de baryum et de manganèse dopé au fer sépare les molécules d'eau et capture les atomes d'oxygène. Cela laisse de l'hydrogène pur.

"Notre conversion ici est de 90 %, ce qui se compare très favorablement à d'autres techniques - qui sont souvent de l'ordre de 10 à 20 %, " dit Vasudev Haribal, un doctorat étudiant à NC State et auteur principal de l'article sur le travail de fractionnement de l'eau.

L'oxygène capturé lors du processus de fractionnement de l'eau est utilisé pour fabriquer du gaz de synthèse, en utilisant la même technique que celle utilisée dans le CO 2 -processus de fractionnement.

"Nous pensons que ces deux matériaux et procédés représentent des avancées significatives, " dit Li. " Ils utilisent des matériaux relativement peu coûteux pour extraire efficacement des matières premières précieuses à partir de ressources qui sont soit facilement disponibles (dans le cas de l'eau) soit en fait des gaz à effet de serre (dans le cas du CO 2 et méthane).

« Nous travaillons désormais à développer des matériaux encore plus performants, " dit Li. " Et nous sommes ouverts à travailler avec des groupes extérieurs qui sont intéressés à étendre ces processus pour la fabrication. "

Le CO 2 -papier à fendre, "Les nanocomposites pérovskites comme CO efficace 2 -Agents de fractionnement dans un schéma redox cyclique, " est publié dans la revue Avancées scientifiques . L'auteur principal de l'article est Junshe Zhang, un ancien chercheur postdoctoral à NC State qui est maintenant à l'Université Xi'an Jiaotong. Le document a été co-écrit par Haribal. Le travail a été réalisé avec le soutien de la National Science Foundation, au titre des subventions CBET-1254351 et CBET-1510900, et l'Institut Kenan de l'État de Caroline du Nord.

Le papier qui fend l'eau, "BaMnO3 dopé au fer pour la séparation hybride de l'eau et la génération de gaz de synthèse, " est publié dans la revue ChemSusChem . L'article a été co-écrit pour la première fois par Feng He, un ancien Ph.D. étudiant à NC State, et Amit Mishra, un doctorat étudiant à NC State. Le travail a été réalisé avec le soutien de la NSF, en vertu de la subvention CBET-1254351, et l'Institut Kenan de l'État de Caroline du Nord.