Onderzoekers van de North Carolina State University hebben de efficiëntie van twee technieken aanzienlijk verhoogd:voor het splitsen van water tot waterstofgas en het splitsen van kooldioxide (CO ₂ ) om koolmonoxide (CO) te maken. De producten zijn waardevolle grondstoffen voor toepassingen in schone energie en chemische productie.

Het watersplitsingsproces zet met succes 90 procent van het water om in waterstofgas, terwijl de CO ₂ -splitsingsproces zet meer dan 98 procent van de CO . om ₂ in CO. Bovendien, het proces gebruikt ook de resulterende zuurstof om methaan om te zetten in syngas, dat zelf een grondstof is die wordt gebruikt om brandstoffen en andere producten te maken.

"Deze vooruitgang wordt mogelijk gemaakt door materialen die we speciaal hebben ontworpen om de gewenste thermodynamische eigenschappen voor elk proces te hebben, " zegt Fanxing Li, een universitair hoofddocent chemische en biomoleculaire engineering bij NC State, die corresponderende auteur is van twee artikelen over het werk. "Deze eigenschappen waren niet eerder gemeld, tenzij je zeldzame aardmaterialen gebruikte."

Voor de CO ₂ -splitsingsproces, onderzoekers ontwikkelden een nanocomposiet van strontiumferriet gedispergeerd in een chemisch inerte matrix van calciumoxide of mangaanoxide. als CO ₂ wordt over een gepakt bed van deeltjes geleid bestaande uit het nanocomposiet, het nanocomposiet materiaal splitst de CO ₂ en vangt een van de zuurstofatomen op. Dit vermindert de CO ₂ , alleen CO achterlatend.

"Vorige CO ₂ conversietechnieken zijn niet erg efficiënt geweest, omzetten ruim onder 90 procent van de CO ₂ in CO, " zegt Li. "We bereikten een conversiepercentage van maar liefst 99 procent.

"En CO is waardevol omdat het kan worden gebruikt om een ​​verscheidenheid aan chemische producten te maken, inclusief alles van polymeren tot azijnzuur, "zegt Li.

In de tussentijd, de zuurstof die wordt opgevangen tijdens de CO ₂ -splitsingsproces wordt gecombineerd met methaan en omgezet in syngas met behulp van zonne-energie.

Voor het watersplitsingsproces, onderzoekers creëerden met ijzer gedoteerde bariummangaanoxidedeeltjes. Behalve het verschil in materialen, het proces is opmerkelijk vergelijkbaar. Als water - in de vorm van stoom - over een bed van de deeltjes wordt geleid, het met ijzer gedoteerde bariummangaanoxide splitst de watermoleculen en vangt de zuurstofatomen op. Dit laat zuiver waterstofgas achter.

"Onze conversie is hier 90 procent, die zeer gunstig afsteekt bij andere technieken - die vaak in het bereik van 10-20 procent liggen, " zegt Vasudev Haribal, een doctoraat student bij NC State en hoofdauteur van het artikel over het watersplitsende werk.

De zuurstof die tijdens het watersplitsingsproces wordt opgevangen, wordt gebruikt om syngas te maken, met dezelfde techniek die wordt gebruikt in de CO ₂ -splitsingsproces.

"We denken dat beide materialen en processen belangrijke stappen voorwaarts betekenen, " zegt Li. "Ze gebruiken relatief goedkope materialen om op efficiënte wijze waardevolle grondstoffen te extraheren uit bronnen die ofwel direct beschikbaar zijn (in het geval van water) of in feite broeikasgassen zijn (in het geval van CO ₂ en methaan).

"We zijn nu bezig met het ontwikkelen van materialen die nog efficiënter zijn, " zegt Li. "En we staan ​​open voor samenwerking met externe groepen die geïnteresseerd zijn in het opschalen van deze processen voor productie."

de CO ₂ -kloven van papier, "Perovskiet-nanocomposieten als effectieve CO ₂ -Agenten splitsen in een cyclisch Redox-schema, " is gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang . Hoofdauteur van het artikel is Junshe Zhang, een voormalig postdoctoraal onderzoeker bij NC State die nu aan de Xi'an Jiaotong University werkt. Het papier is co-auteur van Haribal. Het werk werd gedaan met steun van de National Science Foundation, onder subsidies CBET-1254351 en CBET-1510900, en het Kenan Institute in NC State.

Het waterklovende papier, "Met ijzer gedoteerd BaMnO3 voor hybride watersplitsing en syngasgeneratie, " is gepubliceerd in het tijdschrift ChemSusChem . Het papier is mede-eerst geschreven door Feng He, een voormalig Ph.D. student aan NC State, en Amit Mishra, een doctoraat student aan NC State. Het werk werd gedaan met steun van NSF, onder toekenning CBET-1254351, en het Kenan Institute in NC State.