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Engenheiros e cientistas da Rice University criaram uma maneira doce para refinarias petroquímicas transformarem um subproduto fedorento em dinheiro.
O gás sulfídrico tem o aroma inconfundível de ovos podres. Muitas vezes emana de esgotos, pátios de estocagem e aterros sanitários, mas é particularmente problemático para refinarias, plantas petroquímicas e outras indústrias, que produzem milhares de toneladas do gás nocivo a cada ano como subproduto de processos que removem enxofre do petróleo, gás natural, carvão e outros produtos.
Em um estudo publicado na revista de alto impacto da American Chemical Society Cartas de Energia ACS, A engenheira de arroz, física e química Naomi Halas e colaboradores descrevem um método que usa nanopartículas de ouro para converter sulfeto de hidrogênio em gás de hidrogênio e enxofre de alta demanda em uma única etapa. Melhor ainda, o processo de uma etapa obtém toda a sua energia da luz. Os co-autores do estudo incluem Peter Nordlander, da Rice, Emily Carter, da Universidade de Princeton, e Hossein Robatjazi, da Syzygy Plasmonics.
“As emissões de sulfeto de hidrogênio podem resultar em multas pesadas para a indústria, mas a remediação também é muito cara”, disse Halas, um pioneiro da nanofotônica cujo laboratório passou anos desenvolvendo nanocatalisadores ativados por luz comercialmente viáveis. “A frase ‘game-changer’ é usada em demasia, mas neste caso, ela se aplica. A implementação da fotocatálise plasmônica deve ser muito mais barata do que a remediação tradicional, e tem o potencial adicional de transformar um fardo caro em uma mercadoria cada vez mais valiosa.”
Cada molécula de gás sulfídrico (H2S) contém um par de átomos de hidrogênio e um átomo de enxofre. Cada molécula de gás hidrogênio de queima limpa (H2) – o produto básico da economia do hidrogênio – contém um par de átomos de hidrogênio. No novo estudo, a equipe de Halas pontilha a superfície de grãos de pó de dióxido de silício com pequenas ilhas de ouro. Cada ilha era uma nanopartícula de ouro com cerca de 10 bilionésimos de metro de diâmetro que interagiria fortemente com um comprimento de onda específico da luz visível. Essas reações plasmônicas criam “portadores quentes”, elétrons de alta energia e vida curta que podem conduzir a catálise.
No estudo, Halas e co-autores usaram uma configuração de laboratório e mostraram que um banco de luzes LED pode produzir fotocatálise de portadora quente e converter eficientemente H2S diretamente em gás H2 e enxofre. Isso é um forte contraste com a tecnologia catalítica estabelecida que as refinarias usam para quebrar o sulfeto de hidrogênio. Conhecido como o processo Claus, produz enxofre, mas não hidrogênio, que em vez disso converte em água. O processo Claus também requer várias etapas, incluindo algumas que exigem câmaras de combustão aquecidas a cerca de 1.500 graus Fahrenheit.
A tecnologia de remediação de sulfeto de hidrogênio plasmônico foi licenciada pela Syzygy Plasmonics, uma startup sediada em Houston com mais de 60 funcionários, cujos cofundadores incluem Halas e Nordlander.
Halas disse que o processo de remediação pode acabar tendo custos de implementação baixos o suficiente e eficiência alta o suficiente para se tornar econômico na limpeza de sulfeto de hidrogênio não industrial de fontes como gás de esgoto e resíduos animais.
“Dado que requer apenas luz visível e sem aquecimento externo, o processo deve ser relativamente simples de escalar usando energia solar renovável ou iluminação LED de estado sólido altamente eficiente”, disse ela.
Em 3 de outubro, Halas e Nordlander receberam o prestigioso Prêmio Eni Energy Transition 2022 em reconhecimento aos seus esforços para desenvolver catalisadores eficientes movidos a luz para a produção de hidrogênio em escala industrial.
Halas é Professor Stanley C. Moore de Engenharia Elétrica e de Computação da Rice e professor de química, bioengenharia, física e astronomia e ciência de materiais e nanoengenharia. Nordlander é Wiess Chair e Professor de Física e Astronomia da Rice, e professor de engenharia elétrica e de computação, e ciência de materiais e nanoengenharia. Carter é Gerhard R. Andlinger Professor emérito de Princeton em Energia e Meio Ambiente e professor emérito de engenharia mecânica e aeroespacial e matemática aplicada e computacional. Robatjazi é cientista-chefe da Syzygy Plasmonics e professor adjunto de química na Rice.
A pesquisa foi apoiada pela Fundação Welch (C-1220, C-1222), o Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea (FA9550-15-1-0022) e a Agência de Redução de Ameaças de Defesa (HDTRA 1-16-1-0042) .
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade do Arroz. Original escrito por Jade Boyd. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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