노스웨스턴 대학의 연구에서는 이산화탄소를 일산화탄소로 변환하는 몰리브덴과 설탕으로 만든 비용 효율적인 촉매를 제시하여 포집된 탄소를 연료 전구체와 같은 유용한 제품으로 변환하는 실행 가능한 방법을 제공합니다.
새로운 촉매는 포집된 탄소를 사용하기 위한 잠재적인 솔루션을 제공할 수 있습니다.
저렴하고 풍부한 금속인 일반 설탕으로 만든 새로운 촉매는 이산화탄소(CO2)를 파괴하는 능력을 가지고 있습니다.2) 가스.
노스웨스턴 대학교(Northwestern University)에서 실시한 새로운 연구에서 촉매는 성공적으로 이산화탄소를 전환시켰습니다.2 다양한 유익한 화학물질 생산에 중요한 구성 요소인 일산화탄소(CO)를 생성합니다. CO와 같은 수소 존재 하에서 반응이 일어나는 경우2 수소는 휘발유를 대체할 수 있는 연료를 생산하는 귀중한 물질인 합성가스(또는 합성가스)로 변환됩니다.
최근 탄소 포집 기술이 발전함에 따라 연소 후 탄소 포집은 지구 기후 변화 위기를 해결하는 데 도움이 되는 합리적인 선택이 되었습니다. 그러나 포집된 탄소를 어떻게 처리할 것인지는 아직 해결되지 않은 문제로 남아 있습니다. 새로운 촉매는 잠재적으로 강력한 온실가스를 더 가치 있는 제품으로 전환하여 제거하는 솔루션을 제공합니다.
이번 연구는 5월 3일자 잡지에 게재될 예정이다. 과학.
“이산화탄소 배출을 중단하더라도2 이제 우리 대기에는 여전히 과도한 이산화탄소가 포함되어 있을 것입니다.2 이번 연구를 공동 주도한 노스웨스턴 대학의 밀라드 코쇼이(Milad Khoshoui)는 “이는 지난 수 세기 동안의 산업 활동의 결과입니다.”라고 말했습니다. “이 문제에 대한 유일한 해결책은 없습니다. 이산화탄소를 줄여야 합니다.2 배출 그리고 이산화탄소를 줄이는 새로운 방법을 찾아보세요2 대기에는 이미 농도가 존재합니다. 우리는 가능한 모든 해결책을 활용해야 합니다.”
이 다이어그램은 촉매를 생성하고 이를 사용하여 이산화탄소를 변환하는 전체 과정을 보여줍니다. 사진: 밀라드 코쇼이
“우리는 이산화탄소를 전환시키는 최초의 연구 그룹이 아닙니다.2 Omar K는 “다른 프로듀서에게로 가세요”라고 말했습니다. 연구의 주 저자인 노스웨스턴 대학의 Farha. “그러나 프로세스가 실제로 실용적이려면 경제성, 안정성, 생산 용이성 및 확장성이라는 몇 가지 중요한 기준을 충족하는 촉매가 필요합니다. 다행스럽게도 우리의 재료는 이러한 요구 사항을 충족하는 데 탁월합니다.
탄소 포집 기술 전문가인 Farha는 Northwestern Weinberg College of Arts and Sciences의 화학과 Charles E. 및 Emma H. Morrison 교수입니다. 박사 학위로 이 일을 시작한 후. Khoshwai는 캐나다 캘거리 대학교의 후보자이며 현재 Farha 연구실의 박사후 연구원입니다.
매장의 솔루션
새로운 촉매의 비밀은 매우 단단한 세라믹 소재인 몰리브덴 카바이드에 있습니다. 백금이나 팔라듐과 같은 값비싼 금속을 필요로 하는 다른 많은 촉매와 달리, 몰리브덴은 지구에 풍부하게 존재하는 값싸고 비귀금속입니다.
몰리브덴을 몰리브덴 탄화물로 변환하려면 과학자들은 탄소원이 필요했습니다. 그들은 예상치 못한 곳에서 저렴한 옵션을 발견했습니다: 식료품 저장실. 놀랍게도 설탕(거의 모든 가정에서 발견되는 흰색의 알갱이 형태)은 편리하고 저렴한 탄소 원자 공급원 역할을 했습니다.
Khoshoui는 “매일 이러한 재료를 제조하려고 노력하면서 집에서 실험실로 설탕을 가져오고 있었습니다.”라고 말했습니다. “촉매에 일반적으로 사용되는 다른 종류의 재료와 비교할 때 우리 제품은 엄청나게 저렴합니다.”
성공적이고 안정적인 선택성
촉매를 테스트할 때 Farha, Khoshoui 및 동료들은 그 성공에 깊은 인상을 받았습니다. 주변 압력 및 고온(300~600도)에서 작동합니다. 섭씨), 변환된 촉매 CO2 100% 선택성으로 이산화탄소로 전환됩니다.
높은 선택성은 촉매가 이산화탄소에서만 작동한다는 것을 의미합니다.2 주변 자재를 손상시키지 않고. 즉, 업계에서는 대량의 포집가스에 촉매를 적용하고 선택적으로 이산화탄소만을 목표로 삼을 수 있다.2. 또한 촉매는 시간이 지나도 안정적으로 유지되었습니다. 이는 활성 상태를 유지하고 분해되지 않았음을 의미합니다.
“화학에서는 촉매가 몇 시간 후에 선택성을 잃는 것이 드문 일이 아닙니다.”라고 Farha는 말했습니다. “그러나 가혹한 조건에서 500시간 후에도 선택성은 변하지 않았습니다.”
이는 CO 때문에 특히 주목할 만합니다.2 안정적이고 완고한 분자입니다.
“CO 전환2 코슈아이는 “쉽지 않다”고 말했다. “코2 화학적으로 안정한 분자인데, 많은 에너지가 필요한 이러한 안정성을 극복해야 했습니다.
탄소 청소에 대한 직렬 접근 방식
탄소 포집에 필요한 소재를 개발하는 것이 Farha Lab의 주요 초점입니다. 그의 그룹은 금속-유기 골격을 개발하고 있습니다.금속 유기 프레임워크)는 Farha가 “정교하고 프로그래밍 가능한 목욕 스폰지”에 비유한 고다공성 나노 크기 재료 클래스입니다. Farha는 이산화탄소 포집을 포함한 다양한 응용 분야를 위한 MOF를 탐색하고 있습니다.2 공중에서 직접.
이제 Farha는 MOF와 새로운 촉매가 협력하여 탄소 포집 및 격리에 역할을 할 수 있다고 말합니다.
Farha는 “어느 시점에서 우리는 MOF를 사용하여 이산화탄소를 포집한 다음 촉매를 사용하여 이를 보다 유용한 것으로 전환할 수 있습니다”라고 제안했습니다. “순차적인 두 단계에 두 가지 서로 다른 재료를 사용하는 직렬 시스템이 앞으로 나아갈 수 있는 방법이 될 수 있습니다.”
“이것은 우리가 다음 질문에 대답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 포집된 이산화탄소로 무엇을 합니까?2“쿠슈이가 덧붙였습니다. “현재 계획은 이를 지하에 격리하는 것입니다. 그러나 지하 저장소는 이산화탄소를 안전하고 영구적으로 저장하기 위해 몇 가지 요구 사항을 충족해야 합니다.”2. 우리는 경제적 가치를 추가하면서 어디서나 사용할 수 있는 보다 보편적인 솔루션을 설계하고 싶었습니다.
참고 자료: Milad Ahmadi Khoshui, Shijun Wang, Gerardo Vitale, Philip Formalek, Kent O의 “고온 수성 가스 가역 변환 반응을 위한 활성 및 안정한 입방체 몰리브덴 탄화물 촉매” Kerlikovalli, Randall Q. Senor, Pedro Pereira-Almao 및 Omar K. 파르하, 2024년 5월 2일, 과학.
도이: 10.1126/science.adl1260
이 연구는 미국 에너지부, 국립 과학 재단, 캐나다 자연 과학 및 공학 연구 위원회의 지원을 받았습니다.
“경순은 통찰력 있고 사악한 사상가로, 다양한 음악 장르에 깊은 지식을 가지고 있습니다. 힙스터 문화와 자연스럽게 어우러지는 그의 스타일은 독특합니다. 그는 베이컨을 좋아하며, 인터넷 세계에서도 활발한 활동을 보여줍니다. 그의 내성적인 성격은 그의 글에서도 잘 드러납니다.”