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(Noticias de Nanowerk) Los investigadores han resuelto un obstáculo clave para la fabricación más ecológica, la captura de carbono, el almacenamiento de energía y la purificación de gases mediante el uso de óxidos metálicos.
Los óxidos metálicos son compuestos que juegan un papel crucial en los procesos que utilizan dióxido de carbono (CO2) emisiones. Estos procesos incluyen la captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS), la purificación y el reciclaje de gases inertes en la fabricación de paneles solares, el almacenamiento de energía termoquímica y la generación de hidrógeno para la generación de energía.
Estos procesos se basan en reacciones en las que los óxidos metálicos aceptan y liberan electrones, las denominadas reacciones redox. Sin embargo, el rendimiento de los óxidos metálicos se ve afectado por las reacciones redox a las altas temperaturas requeridas para la fabricación química.
Ahora, un equipo dirigido por el Imperial College London ha desarrollado una nueva estrategia de diseño de materiales que produce óxidos metálicos a base de cobre que funcionan mejor a altas temperaturas. La tecnología ya está teniendo un impacto global en el reciclaje de argón en la fabricación de paneles solares y se espera que ayude a desbloquear aún más energía de las tecnologías energéticas existentes para ayudar a combatir la crisis climática.
Autor principal Dr. Qilei Song, del Departamento Imperial de Ingeniería Química, dijo: «A medida que el mundo avanza hacia el cero neto, necesitamos procesos industriales más innovadores para descarbonizar. Para mejorar la seguridad energética, necesitamos diversificar el suministro de energía, desde la generación y el almacenamiento de energía renovable hasta el uso limpio de combustibles fósiles con tecnologías CCUS. Nuestros óxidos metálicos mejorados tienen un gran potencial para su uso en procesos energéticos que nos ayudarán a alcanzar el cero neto”.
El artículo fue publicado en comunicación de la naturaleza («Ingeniería de precursores de adsorbentes redox derivados de hidrotalcita para almacenamiento de oxígeno termoquímico reversible y estable»).
Deseleccionar un proceso
Los óxidos metálicos juegan un papel clave en un proceso relativamente nuevo llamado Combustión Química en Bucle (CLC).
CLC es un método alternativo para quemar combustibles fósiles que utiliza óxidos metálicos, como los óxidos de cobre, para transportar oxígeno del aire y reaccionar con el combustible. La reacción produce CO2 y vapor que se condensa para permitir la eliminación eficiente de CO2 para evitar que entre en la atmósfera
Al capturar el CO2 producido, CLC puede ayudar a las personas a usar los combustibles fósiles de manera más limpia y ya se está utilizando en la UE, EE. UU. y China.
Sin embargo, un problema clave que ha impedido el uso de CLC a mayor escala es la incapacidad de los óxidos metálicos para mantener un buen rendimiento de liberación de oxígeno durante múltiples ciclos redox a altas temperaturas.
Para resolver el problema, los investigadores estudiaron las estructuras básicas de los óxidos metálicos utilizados en CLC y argumentaron que la química de los precursores de óxidos metálicos no se entendía bien, lo que limitaba su diseño racional.
El coautor principal Michael High, estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Química de Imperial, dijo: «Para resolver la cuestión de cómo los óxidos metálicos mantienen su rendimiento, observamos los fundamentos de los procesos químicos involucrados en CLC. Este es un ejemplo clave de la combinación de investigación fundamental y diseño inteligente para crear una estrategia aplicable a una variedad de procesos de diseño”.
Utilizaron una ruta alternativa para fabricar la estructura de óxido metálico a partir de un precursor conocido que consiste en hidróxidos dobles (LDH) de cobre, magnesio y aluminio en capas. Al adaptar la química de los precursores de LDH, los investigadores descubrieron que podían producir óxidos metálicos que aún funcionan bien a temperaturas notablemente altas. Lo demostraron al someter los óxidos a 100 ciclos químicos durante 65 horas en un tipo de reactor ampliamente utilizado llamado reactor de lecho fluidizado.
Su mayor resistencia al calor significa que los óxidos metálicos producidos de esta manera se pueden utilizar para generar más energía a partir de la purificación y el reciclaje de gases inertes como el argón en la fabricación de paneles solares, captura y almacenamiento de carbono, almacenamiento de energía química y liberación de hidrógeno limpio en la fabricación. . Para demostrarlo, los investigadores ampliaron la producción de óxidos metálicos para su uso en reactores de lecho fluidizado. Descubrieron que la fabricación de estos materiales es simple y fácil de ampliar utilizando los métodos de fabricación industrial existentes.
El autor principal, el profesor Paul Fennell, también del Departamento de Ingeniería Química, dijo: “El mundo necesita lograr emisiones netas de carbono cero para 2050. La energía renovable se está desarrollando rápidamente, pero a corto plazo necesitamos desarrollar tecnologías rentables de captura de carbono que puedan usarse para descarbonizar la industria. Nuestro trabajo ayudará a resolver este desafío global”.
A continuación, los investigadores estudiarán la estabilidad a largo plazo de los materiales durante la combustión de diferentes tipos de combustibles, explorarán nuevas aplicaciones para el almacenamiento de energía termoquímica y ampliarán el enfoque a otros sistemas de óxido metálico para producir hidrógeno limpio a través de ciclos redox termoquímicos.
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