Transformarea dioxidului de carbon în metanol este larg recunoscută ca o metodă promițătoare pentru reutilizarea carbonului, însă cercetătorii s‑au confruntat de mult timp cu dificultăţi în optimizarea procesului, conform ScienceDaily.
La temperaturi reduse reacţia de conversie a CO₂ în metanol este termodinamic favorabilă, dar gazul devine greu de activat în aceste condiţii, rezultând o activitate catalitică scăzută.
Creşterea temperaturii accelerează reacţia, dar favorizează totodată un proces concurent – reacţia inversă de dislocare a apei – care generează produse secundare nedorite și diminuează selectivitatea metanolului. Acest compromis între activitatea catalitică şi selectivitate a încetinit avansul în sporirea randamentului metanolului.
Un nou design de catalizator care depășește vechiul compromis
O echipă de cercetători a conceput un catalizator inovator pentru a rezolva această problemă.
Strategia lor se bazează pe o structură de acoperire ce creează o interacţiune puternică între metal și suport, separând spaţial siturile active din interiorul catalizatorului. Astfel, etapele reacţiei pot avea loc în locaţii distincte, îmbunătățind eficienţa conversiei CO₂ în metanol.
Prin remodelarea suprafeţei catalizatorului și modificarea modului în care reactanţii se adsorbe, se disociază și se deplasează pe parcursul reacţiei, echipa a atins un randament spațiu‑timp de 1,2 g·gcat⁻¹·h⁻¹ la 300 °C și 3 MPa.
Această performanţă este aproximativ de trei ori superioară cea a catalizatorilor comerciali convenţionali pe bază de cupru, zinc şi aluminiu.
Redirecționarea CO₂ către metanol
Cercetătorii au constatat că noul catalizator favorizează absorbţia și activarea dioxidului de carbon în principal pe siturile de zirconiu, orientând reacţia spre producţia de metanol prin calea formatului.
La catalizatorii convenţionali pe bază de cupru, activarea începe de obicei prin ruperea legăturii C=O înainte de hidrogenare; noua abordare urmează un alt șir de pași.
Mai întâi are loc hidrogenarea pe siturile de zirconiu, iar ulterior se sparge legătura C=O.
Conform explicaţiilor oferite de cercetători, această modificare a mecanismului reacţional reduce considerabil formarea monoxidului de carbon ca subprodus, menţinând totodată capacitatea puternică a siturilor de cupru de a disocia eficient hidrogenul molecular.
