Plutôt que de permettre aux centrales électriques et à l'industrie de rejeter du dioxyde de carbone dans l'atmosphère, Le nouveau professeur assistant de l'Université Rice Haotian Wang a un plan pour convertir les gaz à effet de serre en produits utiles de manière verte.

Wang, qui rejoindra Rice en tant que William Marsh Rice Trustee Chair et professeur adjoint de génie chimique et biomoléculaire à la fin de cette année, et ses collègues ont fabriqué de petits réacteurs qui permettent à des atomes uniques de nickel de catalyser les gaz à effet de serre industriels en monoxyde de carbone, une matière première industrielle.

Actuellement membre du Rowland Institute à Harvard, Wang et son équipe ont amélioré leur système pour utiliser de l'électricité renouvelable pour réduire le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone, un réactif clé dans de nombreux procédés industriels. Le système est décrit dans un article de Joule , un journal de la Presse Cellulaire.

"L'idée la plus prometteuse est peut-être de connecter ces appareils à des centrales électriques au charbon ou à d'autres industries qui produisent beaucoup de dioxyde de carbone, " Wang a dit. " Environ 20 pour cent de ces gaz sont du dioxyde de carbone, donc si vous pouvez les pomper dans cette cellule… et la combiner avec de l'électricité propre, alors nous pouvons potentiellement produire des produits chimiques utiles à partir de ces déchets de manière durable, et même fermer une partie de ce cycle de dioxyde de carbone."

Le nouveau système, Wang a dit, représente un pas en avant spectaculaire par rapport à celui que lui et ses collègues ont décrit pour la première fois dans un article de 2017 en Chimie .

Ce système avait à peine la taille d'un téléphone portable et reposait sur deux chambres remplies d'électrolyte, chacun d'eux contenait une électrode. Le nouveau système est moins cher et repose sur des concentrations élevées de gaz carbonique et de vapeur d'eau pour fonctionner plus efficacement - une seule cellule de 10 x 10 centimètres, Wang a dit, peut produire jusqu'à quatre litres de monoxyde de carbone par heure.

Le nouveau système, Wang a dit, aborde les deux principaux défis – le coût et l'évolutivité – qui étaient considérés comme limitant l'approche initiale.

« Dans ce travail antérieur, nous avions découvert les catalyseurs à un seul atome de nickel qui sont très sélectifs pour réduire le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone… mais l'un des défis auxquels nous avons été confrontés était que les matériaux étaient coûteux à synthétiser, " a déclaré Wang. " Le support que nous utilisions pour ancrer des atomes de nickel simples était basé sur le graphène, ce qui rendait très difficile la mise à l'échelle si vous vouliez le produire à l'échelle du gramme ou même du kilogramme pour une utilisation pratique à l'avenir. »

Pour résoudre ce problème, il a dit, son équipe s'est tournée vers un produit commercial qui est des milliers de fois moins cher que le graphène comme support alternatif :le noir de carbone.

En utilisant un processus similaire à l'attraction électrostatique, Wang et ses collègues sont capables d'absorber des atomes de nickel uniques (chargés positivement) en défauts (chargés négativement) dans des nanoparticules de noir de carbone, le matériau résultant étant à la fois peu coûteux et hautement sélectif pour la réduction du dioxyde de carbone.

"À l'heure actuelle, le mieux que nous puissions produire, ce sont des grammes, mais auparavant, nous ne pouvions produire que des milligrammes par lot, " a dit Wang. " Mais cela n'est limité que par l'équipement de synthèse que nous avons; si vous aviez un réservoir plus grand, vous pourriez faire des kilogrammes ou même des tonnes de ce catalyseur."

Aller de l'avant, Wang a dit, le système a encore des défis à surmonter, particulièrement lié à la stabilité.

"Si vous voulez l'utiliser pour avoir un impact économique ou environnemental, il doit avoir un fonctionnement continu de milliers d'heures, " dit-il. " En ce moment, on peut faire ça pendant des dizaines d'heures, donc il y a encore un grand écart, mais je pense que ces problèmes peuvent être résolus avec une analyse plus détaillée à la fois du catalyseur de réduction du dioxyde de carbone et du catalyseur d'oxydation de l'eau."

Finalement, Wang a dit, le jour viendra peut-être où l'industrie pourra capter le dioxyde de carbone qui est maintenant rejeté dans l'atmosphère et le transformer en produits utiles.

"Le monoxyde de carbone n'est pas un produit chimique particulièrement précieux, " Wang a dit. " Pour explorer plus de possibilités, mon groupe a également développé plusieurs catalyseurs à base de cuivre qui peuvent réduire davantage le dioxyde de carbone en produits beaucoup plus précieux. »