Processo pioneiro de plasma catalítico para hidrogenação de CO2 em metanol em condições ambientais

Em um artigo publicado na revista Químicaa equipe relata um processo catalítico de plasma pioneiro para a hidrogenação de CO₂ ao metanol à temperatura ambiente e à pressão atmosférica.

Esta inovação aborda as limitações da catálise térmica tradicional, que muitas vezes requer altas temperaturas e pressões, resultando em baixo CO₂ conversão e rendimento de metanol.

O novo processo utiliza um catalisador bimetálico de Ni-Co dentro de um reator de plasma não térmico para atingir uma seletividade impressionante de 46% em uma única passagem para metanol e 24% de CO₂ conversão a 35 °C e 0,1 MPa.

O plasma não térmico, um gás ionizado que contém elétrons energéticos e espécies reativas, pode ativar fortes ligações químicas de moléculas inertes como o CO₂facilitando reações químicas em condições amenas.

Além disso, os sistemas modulares baseados em plasma podem ser ligados e desligados instantaneamente, oferecendo grande flexibilidade para usar eletricidade renovável intermitente para produção descentralizada de combustíveis e produtos químicos.

O professor Xin Tu, titular da Cátedra de Catálise de Plasma na Universidade de Liverpool, disse: “Nosso trabalho demonstra que a catálise de plasma oferece uma solução flexível e descentralizada para CO₂ hidrogenação para metanol sob condições ambientais. Nossa recente avaliação técnico-econômica também mostra que esse processo pode reduzir significativamente os custos de capital em comparação com o CO catalítico térmico tradicional₂“processos de conversão de hidrogênio em metanol, fornecendo uma rota viável para a utilização de fontes de energia renováveis ​​na produção de combustíveis sintéticos.”

A caracterização por transformada de Fourier acoplada ao plasma (FTIR) in situ e os cálculos da teoria do funcional da densidade (DFT) revelaram que a interface bimetálica Ni-Co é o principal centro ativo para a síntese de metanol, com CO₂ adsorção e hidrogenação ocorrendo através do mecanismo Eley-Rideal (ER) para produzir uma variedade de intermediários. Além disso, tanto a rota formato quanto a carboxila desempenham um papel crítico na formação de metanol, enquanto as vias de deslocamento reverso de água-gás (RWGS) e hidrogenação de CO foram consideradas menos favoráveis ​​nos sítios Ni-Co. O controle preciso dos sítios Ni-Co em catalisadores bimetálicos é uma promessa significativa para adaptar o peso de cada via de reação promovendo a adsorção assimétrica de CO₂ moléculas nas interfaces bimetálicas, modulando assim efetivamente a distribuição dos produtos.

Esta pesquisa ressalta o potencial significativo da catálise de plasma como uma tecnologia emergente de eletrificação para CO sustentável₂ conversão e produção de combustível. A capacidade de realizar essas reações em condições ambientais usando um sistema de plasma modular e escalável apresenta uma alternativa atraente para a indústria química.

Além disso, sistemas baseados em plasma podem ser alimentados por eletricidade renovável intermitente, aumentando a viabilidade da produção descentralizada de combustível e produtos químicos.

Este trabalho pioneiro é um grande passo em frente no campo do CO catalítico₂ conversão e oferece caminhos promissores para futuras pesquisas e aplicações industriais para enfrentar o desafio de um futuro sustentável.

A equipe de pesquisa da Universidade de Liverpool é líder em catálise de plasma e também fez avanços pioneiros na conversão catalítica de plasma de CO₂ para outros combustíveis e produtos químicos. Por exemplo, eles desenvolveram processos de plasma promissores para CO₂ metanação e conversão de biogás em metanol em uma única etapa e registrou três patentes PCT nessa área.