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Gli ingegneri della Rice University stanno convertendo direttamente il monossido di carbonio in acido acetico (una sostanza chimica ampiamente utilizzata che conferisce all'aceto un sapore forte) tramite un reattore catalitico continuo, in grado di utilizzare in modo efficiente l'elettricità rinnovabile per produrre prodotti altamente purificati.
Il processo elettrochimico nel laboratorio di ingegneria chimica e biomolecolare della Brown School of Engineering della Rice University ha risolto il problema dei precedenti tentativi di ridurre il monossido di carbonio (CO) ad acido acetico. Questi processi richiedono passaggi aggiuntivi per purificare il prodotto.
Il reattore ecologico utilizza rame cubico nanometrico come catalizzatore principale e un elettrolita solido unico.
In 150 ore di funzionamento continuo in laboratorio, il contenuto di acido acetico nella soluzione acquosa prodotta da questa apparecchiatura ha raggiunto il 2%. La purezza della componente acida è arrivata fino al 98%, un valore di gran lunga superiore a quello della componente acida prodotta dai primi tentativi di convertire cataliticamente il monossido di carbonio in combustibile liquido.
L'acido acetico è utilizzato come conservante in ambito medico, insieme all'aceto e ad altri alimenti. È utilizzato anche come solvente per inchiostri, vernici e rivestimenti; nella produzione di acetato di vinile, è il precursore della comune colla vinilica.
Il processo Rice si basa su un reattore nel laboratorio di Wang e produce acido formico a partire dall'anidride carbonica (CO2). Questa ricerca ha gettato le basi per Wang (recentemente nominato Packard Fellow), che ha ricevuto un finanziamento di 2 milioni di dollari dalla National Science Foundation (NSF) per continuare a esplorare metodi per convertire i gas serra in combustibili liquidi.
Wang ha affermato: "Stiamo aggiornando i nostri prodotti da una sostanza chimica a un atomo di carbonio, l'acido formico, a una sostanza chimica a due atomo di carbonio, il che è più impegnativo". "Tradizionalmente si produce acido acetico in elettroliti liquidi, ma le prestazioni sono ancora scarse e i prodotti presentano il problema della separazione degli elettroliti".
Senftle ha aggiunto: "Naturalmente, l'acido acetico di solito non viene sintetizzato da CO o CO2." "Il punto è questo: stiamo assorbendo i gas di scarico che vogliamo ridurre e trasformandoli in prodotti utili."
È stato effettuato un attento accoppiamento tra il catalizzatore di rame e l'elettrolita solido, e l'elettrolita solido è stato trasferito dal reattore ad acido formico. Wang ha affermato: "A volte il rame produce sostanze chimiche lungo due percorsi diversi". "Può ridurre il monossido di carbonio in acido acetico e alcol. Abbiamo progettato un cubo con una faccia in grado di controllare l'accoppiamento carbonio-carbonio, e i bordi del cubo sono in grado di controllare l'accoppiamento carbonio-carbonio. L'accoppiamento porta ad acido acetico anziché ad altri prodotti".
Il modello computazionale di Senftle e del suo team ha contribuito a perfezionare la forma del cubo. Ha affermato: "Siamo in grado di mostrare il tipo di spigoli del cubo, che sono fondamentalmente superfici più ondulate. Contribuiscono a rompere determinate chiavi di CO, in modo che il prodotto possa essere manipolato in un modo o nell'altro". Più punti di spigolo aiutano a rompere il legame giusto al momento giusto.
Senftler ha affermato che il progetto è una buona dimostrazione di come teoria ed esperimento debbano essere collegati. Ha affermato: "Dall'integrazione dei componenti nel reattore al meccanismo a livello atomico, questo è un buon esempio di ingegneria a più livelli". "Si adatta al tema della nanotecnologia molecolare e mostra come possiamo estenderla a dispositivi del mondo reale".
Wang ha affermato che il prossimo passo nello sviluppo di un sistema scalabile sarà quello di migliorare la stabilità del sistema e ridurre ulteriormente l'energia richiesta per il processo.
Zhu Peng, Liu Chunyan e Xia Chuan, studenti laureati della Rice University, sono il ricercatore post-dottorato J. Evans Attwell-Welch e il responsabile principale dell'articolo.
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