_ Cercetarea vanadiului este cheia avans pentru captarea carbonului din aer

Un element chimic atât de impresionant din punct de vedere vizual încât a fost numit pentru o zeiță arată un nivel de reactivitate „bucni de aur” – nici prea mult, nici prea puțin – care îl face un candidat puternic ca Instrument de curățare a carbonului.

Elementul este vanadiul, iar cercetările oamenilor de știință de la Universitatea de Stat din Oregon, publicate în Chemical Science, au demonstrat capacitatea moleculelor de peroxid de vanadiu de a reacționa și de a lega dioxidul de carbon – un pas important către îmbunătățirea tehnologii pentru eliminarea dioxidului de carbon din atmosferă.

Studiul face parte dintr-un efort federal de 24 de milioane de dolari de a dezvolta noi metode de captare directă în aer sau DAC a dioxidului de carbon, un gaz cu efect de seră care este produs de ardere. a combustibililor fosili și este asociată cu schimbările climatice.

Facilitățile care filtrează carbonul din aer au început să apară pe tot globul, dar sunt încă la început. Tehnologiile de atenuare a dioxidului de carbon la punctul de intrare în atmosferă, cum ar fi la centralele electrice, sunt mai bine dezvoltate. Ambele tipuri de captare a carbonului vor fi probabil necesare dacă Pământul dorește să evite cele mai grave rezultate ale schimbărilor climatice, spun oamenii de știință.

În 2021, May Nyman din Oregon State, profesor de chimie Terence Bradshaw la Colegiul de Științe, a fost ales ca lider al unuia dintre cele nouă proiecte de captare directă a aerului finanțate de Departamentul Energiei. Echipa ei explorează modul în care unele complexe de metale de tranziție pot reacționa cu aerul pentru a elimina dioxidul de carbon și a-l transforma într-un carbonat metalic, similar cu ceea ce se găsește în multe minerale naturale.

Metalele de tranziție sunt situate în apropierea centrului. a tabelului periodic și denumirea lor provine din trecerea electronilor de la stări de energie scăzută la stări de energie înaltă și înapoi, dând naștere la culori distinctive. Pentru acest studiu, oamenii de știință au aterizat pe vanadiu, numit după Vanadis, vechiul nume nordic pentru zeița scandinavă a iubirii despre care se spune că este atât de frumoasă că lacrimile s-au transformat în aur.

Nyman explică că dioxidul de carbon există în atmosferă la o densitate de 400 părți per milion. Asta înseamnă că pentru fiecare milion de molecule de aer, 400 dintre ele sunt dioxid de carbon, sau 0,04%.

„O provocare cu captarea directă a aerului este găsirea de molecule sau materiale suficient de selective sau alte reacții cu mai multe reacții. moleculele de aer, cum ar fi reacțiile cu apa, vor depăși reacția cu CO2”, a spus Nyman. „Echipa noastră a sintetizat o serie de molecule care conțin trei părți care sunt importante în eliminarea dioxidului de carbon din atmosferă și lucrează împreună.”

O parte a fost vanadiu, numit așa datorită gamei de culori frumoase. poate prezenta, iar o altă parte a fost peroxidul, care s-a legat de vanadiu. Deoarece o moleculă de peroxid de vanadiu este încărcată negativ, avea nevoie de cationi alcalini pentru echilibrarea sarcinii, a spus Nyman, iar cercetătorii au folosit cationi alcalini de potasiu, rubidiu și cesiu pentru acest studiu.

Ea a adăugat că colaboratorii au încercat, de asemenea, să înlocuiască alte metale din aceeași vecinătate pe tabelul periodic al vanadiului.

„Tungstenul, niobiul și tantalul nu au fost la fel de eficiente în această formă chimică”, a spus Nyman. „Pe de altă parte, molibdenul a fost atât de reactiv încât a explodat uneori.”

În plus, oamenii de știință au înlocuit alcalii cu amoniu și tetrametil amoniu, primul fiind ușor acid. Acei compuși nu au reacționat deloc, o nedumerire pe care cercetătorii încă încearcă să-l înțeleagă.

„Și când am îndepărtat peroxidul, din nou, nu prea multă reactivitate”, a spus Nyman. „În acest sens, peroxidul de vanadiu este un bule de aur frumos, violet, care devine auriu atunci când este expus la aer și leagă o moleculă de dioxid de carbon”.

Ea observă că o altă caracteristică valoroasă a vanadiului este că permite temperatura de eliberare relativ scăzută de aproximativ 200°C pentru dioxidul de carbon captat.

„Acest lucru este în comparație cu aproape 700°C. C atunci când este legat de potasiu, litiu sau sodiu, alte metale folosite pentru captarea carbonului”, a spus ea. „Potând reelibera CO2 captat permite reutilizarea materialelor de captare a carbonului și cu cât temperatura necesară pentru a face asta este mai mică, cu atât este nevoie de mai puțină energie și cu atât costul este mai mic. Există câteva idei foarte inteligente despre reutilizarea carbonului captat care sunt deja în curs. implementate — de exemplu, introducerea CO2 captat într-o seră pentru a crește plante.”

Alți autori din statul Oregon din lucrare au inclus Tim Zuehlsdorff, profesor asistent de chimie teoretică/fizică și cercetătorul postdoctoral Eduard Garrido.

„Sunt, de asemenea, foarte mândru de munca grea a studenților absolvenți din laboratorul meu, Zhiwei Mao și Karlie Bach, și a studentului de licență Taylor Linsday”, a spus Nyman. "Acesta este un domeniu nou-nouț pentru laboratorul meu, precum și pentru Tim Zuehlsdorff, care l-a supravegheat pe studentul doctorat Jacob Hirschi cu privire la studiile computaționale pentru a explica mecanismele de reacție. Începerea unei noi arii de studiu implică multe necunoscute."

(Fluierul)