¿Por qué hacer sólo un experimento a la vez cuando puedes hacer diez? Los investigadores de Empa han desarrollado un sistema automatizado que les permite investigar catalizadores, electrodos y condiciones de reacción para la electrólisis de CO₂ diez veces más rápido. El sistema se complementa con software de código abierto para el análisis de datos.
Si se mezclan combustibles fósiles con un poco de oxígeno y se les añade una chispa, se producen tres cosas: agua, dióxido de carbono que calienta el clima y mucha energía. Esta reacción química básica ocurre en todos los motores de combustión, ya sea que funcionen con gasolina, gasolina o queroseno. En teoría, esta reacción se puede revertir: con la adición de energía (renovable), el CO previamente liberado2 Se puede volver a convertir en combustible (sintético).
Esta fue la idea clave detrás de SynFuels, una iniciativa conjunta financiada por la junta de ETH. Empa e investigadores del Instituto Paul Scherer (PSI) pasaron tres años trabajando en formas de producir combustibles sintéticos -llamados synfuels- de manera económica y eficiente a partir de CO.2. Sin embargo, esta respuesta conlleva desafíos: por un lado, CO2 La electrólisis no se limita a recuperar el combustible que se quemó previamente. Más bien, se pueden producir más de 20 productos diferentes simultáneamente y es difícil separarlos entre sí.
La composición de estos productos se puede controlar de varias maneras, por ejemplo mediante las condiciones de reacción, el catalizador utilizado y la microestructura de los electrodos. El número de combinaciones posibles es enorme y probar cada una individualmente llevaría demasiado tiempo. ¿Cómo deberían los científicos encontrar lo mejor? Los investigadores de Empa ahora han acelerado este proceso en un factor de 10.
Acelerar la investigación
Como parte del proyecto SynFuels, los investigadores dirigidos por Corsin Battaglia y Alessandro Senocrate del Laboratorio de Materiales para la Conversión de Energía de Empa han desarrollado un sistema que puede simular simultáneamente diez condiciones de reacción diferentes, así como materiales de catalizadores y electrodos que se pueden utilizar para la investigación. Los investigadores publicaron recientemente en la revista un modelo del sistema y el software que lo acompaña. Catálisis de la naturaleza.
El sistema consta de diez “reactores”: pequeñas cámaras que contienen el catalizador y los electrodos en los que se produce la reacción. Cada reactor está conectado a varias entradas y salidas de gas y líquido y a diversos equipos a través de cientos de metros de tubería. Se registran múltiples parámetros de forma totalmente automática, como presión, temperatura, flujo de gas y productos de reacción líquidos y gaseosos, todo con alta resolución temporal.
“Hasta donde sabemos, este es el primer sistema de su tipo para CO.2 Electrólisis, dice Alessandro Senocrate, investigador postdoctoral en Empa. “Esto da como resultado una gran cantidad de conjuntos de datos de alta calidad, que nos ayudarán a realizar descubrimientos más rápidos”. Mientras se desarrollaba el sistema, algunos de los equipos necesarios tampoco estaban disponibles en el mercado. Junto con la empresa Agilent Technologies, los investigadores de Empa desarrollaron el primer dispositivo de cromatografía líquida en línea del mundo, que identifica y cuantifica productos de reacción líquidos en tiempo real durante CO? electrólisis
Compartir datos de investigación
Hacer experimentos diez veces más rápido también produce diez veces más datos. Para analizar estos datos, los investigadores han desarrollado una solución de software que están poniendo a disposición de científicos de otras instituciones de código abierto. También quieren compartir los datos con otros investigadores. “Hoy en día, los datos de las investigaciones suelen desaparecer en un cajón tan pronto como se publican los resultados”, explica Corsin Battaglia, director del Laboratorio de Materiales para la Conversión de Energía de Empa. Un proyecto de investigación conjunto entre Empa, PSI y ETH Zurich, llamado PREMISE, pretende evitarlo: “Queremos crear métodos estandarizados para almacenar y compartir datos”, afirma Battaglia. “Entonces otros investigadores podrán obtener nuevos conocimientos a partir de nuestros datos, y viceversa”.
El acceso abierto a los datos de investigación también es una prioridad en otras actividades de investigación del Laboratorio de Materiales para la Conversión de Energía. Esto incluye el Centro Nacional de Competencia en Investigación de Catálisis NCCR, que se centra en la química sostenible. Nuevo CO paralelo2 El sistema de electrólisis desempeñará un papel importante en la segunda fase de este gran proyecto nacional, generando datos y proporcionando información a otras instituciones de investigación suizas. Para ello, los investigadores de Empa seguirán mejorando tanto el hardware como el software en el futuro.
