Argonne y SLAC desarrollarán métodos de fotosíntesis artificial para permitir la captura directa de CO en el aire2 mientras se expanden las fuentes de energía a través de la conversión de CO2 a los combustibles y otros productos químicos útiles.
Las hojas hacen que parezca fácil, pero al capturar y usar dióxido de carbono (CO2) desde el aire es un proceso difícil de imitar para los científicos.
Para capturar CO artificialmente2, los químicos han desarrollado formas de «eliminarlo» del aire utilizando productos químicos que reaccionan muy favorablemente con él. Pero incluso después de capturarlo, a menudo es difícil liberarlo y usarlo para la fotosíntesis artificial.
El Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y el Laboratorio Acelerador Nacional SLAC recibirán $ 4.5 millones durante tres años del DOE para investigaciones destinadas a capturar dióxido de carbono directamente del aire y convertirlo en productos útiles mediante fotosíntesis artificial.
“Estábamos encantados de tener la oportunidad de hacer ciencia nueva y trabajar en este desafío. Sería enormemente satisfactorio abrir un medio nuevo y ecológico de generar energía. Un gran avance en esta área sería el punto culminante de mi carrera «. – Ksenija Glusac, químico Argonne, grupo de conversión de energía solar, división de ciencias químicas e ingeniería
CO2 La captura implica atrapar el gas, transportarlo a un lugar de almacenamiento y aislarlo. Juntos, Argonne y SLAC se centrarán en el desarrollo de métodos fotoquímicos que permitan al CO2 captura directamente del aire y que combina esta captura con la conversión fotoquímica en combustibles y productos químicos de valor agregado.
Su objetivo es mejorar el medio ambiente y ampliar las fuentes de energía a través de la conversión de CO2 a los combustibles y otros productos químicos de valor agregado como el metanol y el acrílico ácido derivados – los cuales son utilizados por la industria química para fabricar polímeros, incluyendo resinas, plásticos y colas. El metanol también se puede utilizar como combustible para generar electricidad.
Ksenija Glusac, químico del grupo de Conversión de Energía Solar en la división de Ingeniería y Ciencias Químicas de Argonne, dirigirá los esfuerzos de Argonne como investigador principal del grupo.
Glusac ha trabajado en el campo de la fotosíntesis artificial desde 2000, pero combinando CO2 capturar con fotosíntesis es una nueva dirección para ella y su equipo.
“Estábamos encantados de tener la oportunidad de hacer ciencia nueva y trabajar en este desafío”, dijo Glusac, quien también es profesor asociado de química en la Universidad de Illinois en Chicago. «Sería enormemente satisfactorio abrir un medio nuevo y ecológico de generar energía».
El equipo de Glusac ya ha contribuido significativamente en el campo de la fotosíntesis artificial. Después de años de estudiar la interacción entre la materia y la radiación electromagnética, ampliaron la comprensión de los científicos sobre lo que sucede en los materiales con respecto a la absorción de luz y la conversión de esa luz en energía.
“El proyecto actual se basa en nuestra amplia experiencia y abre la oportunidad de combinar CO2 capturar con fotosíntesis ”, dijo Glusac.
Glusac y su equipo planean usar la fuente de fotones avanzada (APS) de Argonne, la fuente de luz de radiación sincrotrón de Stanford (SSRL) de SLAC y la fuente de luz coherente Linac de SLAC (LCLS), todas son instalaciones para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, para recopilar la absorción y dispersión de rayos X mediciones para comprender mejor el CO2 Mecanismos de captura y fotoconversión.
El anillo de almacenamiento de alta energía del APS genera haces de rayos X ultrabrillantes y duros para la investigación en casi todas las disciplinas científicas, mientras que SSRL proporciona radiación electromagnética en los reinos de rayos X, ultravioleta, visible e infrarrojo producida por los electrones que circulan en un anillo de almacenamiento. LCLS toma instantáneas de rayos X de átomos y moléculas en funcionamiento, proporcionando detalles de resolución atómica en escalas de tiempo ultrarrápidas para revelar procesos fundamentales en materiales, tecnología y seres vivos.
Glusac y su equipo tomarán estas medidas a partir de muestras de estructuras supramoleculares llamadas MOF (estructuras organometálicas) que pueden absorber y recolectar luz solar y nodos que albergan dos tipos de catalizadores: catalizadores de reducción que pueden capturar CO2 del aire y reducirlo a productos químicos de valor agregado y catalizadores de oxidación que pueden convertir el agua en oxígeno.
“Nuestro enfoque apunta a combinar CO2 captura y fotosíntesis artificial en un solo proceso, llamado captura fotorreactiva ”, dijo Glusac. “Exploraremos fotorreactores moleculares que pueden depurar CO2 y utilice la luz solar para convertirla en productos químicos útiles. Tenemos una gran esperanza para este esfuerzo ”.
El Centro de recursos informáticos de laboratorio de Argonne se utilizará para realizar las investigaciones computacionales de CO2 Mecanismos de captura y conversión.
Además de Glusac, el equipo de Argonne incluye a Lin Chen, David Kaphan, Karen Mulfort, Alex Martinson, David Tiede y Peter Zapol. Amy Cordones-Hahn de SLAC completa el grupo.
Los proyectos fueron seleccionados mediante revisión competitiva por pares y apoyados por la Oficina de Ciencias del DOE.