Los materiales a nanoescala que imitan las enzimas pueden convertir el CO₂ en componentes químicos

Los materiales a nanoescala que imitan las enzimas pueden convertir el CO₂ en componentes químicos

Investigadores del estado de Montana estudian materiales a nanoescala que imitan enzimas para convertir el CO2 en componentes químicos

James Crawford es profesor asistente de ingeniería química y biológica en la Universidad Estatal de Montana. Crédito: Universidad Estatal de Montana / Marcus «Doc» Cravens

El investigador de la Universidad Estatal de Montana, James Crawford, publicó recientemente un artículo en colaboración con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable que es un paso adelante en su búsqueda de lo que él llama el «Santo Grial» de la química: convertir el dióxido de carbono, gas de efecto invernadero, en componentes químicos utilizados para crear otros innumerables materiales.

Ese artículo, «Captura de dióxido de carbono reactivo de alta selectividad sobre materiales de doble función de zeolita», se publicó en la revista Aceleración del SCA. En la portada de la revista se muestra una descripción a escala atómica del proceso de conversión de dióxido de carbono.

«Capturamos con éxito dióxido de carbono y luego lo convertimos en metano y monóxido de carbono», dijo Crawford, profesor asistente de ingeniería química y biológica en la Facultad de Ingeniería Norm Osbjörnson de MSU. «El metano es un recurso energético instantáneo compatible con la infraestructura de gas natural existente. El monóxido de carbono tiene mala reputación, pero está emergiendo como un reactivo esencial en la producción de combustibles sintéticos y productos químicos».

El carbono se encuentra en todos los seres vivos. Es el segundo elemento más abundante en el cuerpo humano y el cuarto elemento más abundante en el universo. Se encuentra en biocombustibles, productos químicos, textiles y materiales de construcción. Es el componente nominal del dióxido de carbono, comúnmente conocido como CO.2, que constituye menos del 1% de la atmósfera terrestre. Además de ser emitido por los humanos, este gas incoloro, inodoro y que atrapa el calor es un subproducto de la quema de combustibles fósiles como el petróleo, el gas natural, la gasolina y el carbón.

Los métodos existentes para eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera a menudo resultan en que el gas se almacene en lugar de convertirse en nuevos productos.

“Lo que estamos intentando hacer es introducir otra forma de capturar CO2 «Al bloquearlo con enlaces químicos», dijo Crawford, afiliado al Instituto de Investigación Energética y al Centro de Ingeniería de Biopelículas de MSU, «si conviertes gases atmosféricos como dióxido de carbono y agua en monóxido de carbono e hidrógeno, puedes combinarlos para producirlos. prácticamente cualquier hidrocarburo».

Los hidrocarburos son compuestos orgánicos compuestos enteramente de hidrógeno y carbono que son útiles como componentes básicos de muchos compuestos y sustancias químicos.

«Los catalizadores biológicos o enzimas reciclan los gases atmosféricos desde hace miles de millones de años», afirmó. «Mi grupo está interesado en aprender sobre enzimas y duplicar su función en catalizadores robustos de estado sólido. Esto permitiría su uso en procesos industriales complejos».

Su equipo está interesado en materiales que puedan absorber CO de forma selectiva.2 del aire y activa reacciones que cambian la identidad química de la molécula. “Estos catalizadores deben contener CO2 sitios de unión, así como estructuras reactivas que permiten la remodelación química», dijo Crawford.

Esto requiere materiales con estructuras personalizables a nanoescala, dimensiones medidas en milmillonésimas de metro. Está particularmente interesado en dos materiales: las zeolitas, que son materiales similares a la cerámica; y estructuras organometálicas, que contienen nodos metálicos conectados con conectores orgánicos. Ambos materiales tienen microporos y «ajustabilidad» química para crear CO2 Sitios de captura y conversión.

«Producimos zeolitas y estructuras organometálicas en el laboratorio mediante un proceso que combina disolventes, calor y presión para impulsar la formación de nuestros catalizadores», dijo Crawford.

Basándose en estas tecnologías emergentes, Crawford, que obtuvo una maestría en ingeniería química y biológica en MSU antes de obtener un doctorado en la Escuela de Minas de Colorado, espera que su investigación algún día conduzca al diseño de nanocatalizadores más eficientes con propiedades «biomiméticas». . propiedades, es decir, imitan procesos biológicos.

«La biología ha descubierto mucho de esto», dijo Crawford. «Estamos fabricando materiales biomiméticos que, algún día, podrán conducir el CO2 proceso de conversión para producir los productos químicos que más necesitamos».

Más información:
James M. Crawford et al., Captura de dióxido de carbono reactivo de alta selectividad en materiales de doble función de zeolita, Aceleración del SCA (2024) DOI: 10.1021/acscatal.4c01340

Proporcionado por la Universidad Estatal de Montana

referencia: Los materiales a nanoescala que imitan las enzimas pueden convertir el CO₂ en componentes químicos (2024, 18 de julio) Consultado el 19 de julio de 2024 en https://phys.org/news/2024-07-nano-scale-materials-mimic-enzymes. HTML

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