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Un estimulante orgánico que puede reducir el enorme apetito del proceso cloro-álcali por energía |  investigación

Un estimulante orgánico que puede reducir el enorme apetito del proceso cloro-álcali por energía | investigación

Un nuevo catalizador orgánico podría reducir el uso de energía de un proceso químico muy importante: el proceso de cloro-álcali. Yadong Li de la Universidad de Tsinghua en China y su equipo Descubrió que la quinazolina 2,4-diona orgánica relativamente barata reduce el consumo de energía del proceso en comparación con los costosos catalizadores metálicos. El equipo de Li descubrió que si la industria cloroalcalina adoptara un catalizador de este tipo en todo el mundo, podría ahorrar aproximadamente entre el 1,8 y el 4,6 % de los 150 TWh que consume cada año. Eso equivaldría aproximadamente a tres a nueve días de ingesta diaria promedio de energía en el Reino Unido. Otros científicos dicen que la estabilidad del catalizador aún necesita mucho trabajo antes de que se puedan lograr tales ahorros de energía.

El proceso de cloro-álcali pasa electricidad a través de una solución de cloruro de sodio, generando cloro e hidróxido de sodio. el Comisión Europea estimada Esta operación sustenta más de la mitad de las ventas de la industria química en el continente, con dos millones de empleos vinculados a sus productos. La importancia del proceso cloro-álcali se corresponde con su intensidad energética, ya que consume alrededor del 4% de la electricidad producida en el mundo.

Diagrama esquemático en el ánodo en una reacción de electrólisis que muestra el ciclo por el que pasa un catalizador orgánico con dióxido de carbono durante la oxidación de iones de cloruro

Tradicionalmente, el proceso de cloro-álcali tiene lugar en celdas de membrana, reactores de dos cámaras, cada una de las cuales contiene un electrodo. La corriente eléctrica pasa a través de una solución de salmuera concentrada en la primera cámara, que contiene un ánodo dimensionalmente estable (DSA), que libera cloro. El DSA suele estar recubierto de titanio con un óxido conductor de un metal noble como el rutenio y el dióxido de titanio resistente a la corrosión. La otra cámara separa el agua en iones de hidrógeno e hidróxido en el cátodo. Los iones de sodio se mueven de la primera cámara a la segunda y se combinan con los iones de hidróxido para producir hidróxido de sodio.

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ambiente dificil

Ya se están realizando esfuerzos industriales para hacer que el proceso de cloro-álcali sea más eficiente hasta en un 25%. Esto implica agregar oxígeno para producir más iones de hidróxido a partir de gran parte del gas de hidrógeno que, de lo contrario, se liberaría. Esta reacción cambia el potencial eléctrico en el cátodo, lo que reduce la diferencia de potencial entre los electrodos. Esto reduce el voltaje de la celda de membrana y, por lo tanto, reduce su consumo de energía. Este es el proceso que Lee y su equipo han buscado mejorar aún más.

El equipo de Li reemplazó el DSA con moléculas orgánicas que contienen grupos amida soportadas en un electrodo hecho de titanio y carbono. También canalizan dióxido de carbono a través de la celda, que reacciona con compuestos de amida para producir intermediarios de ácido carbámico, lo que permite ciclos catalíticos que producen cloro de manera muy eficiente. Uno de los principales desafíos de este nuevo catalizador es que su actividad se degrada lentamente con el uso, aunque el equipo cree que un mejor método de preparación podría evitarlo.

Rolf Humblemann de la Universidad de Saarland llama al estudio “una hermosa pieza de trabajo académico”, pero cuestiona su importancia industrial. “El gas de cloro en el potencial electroquímico de oxidación es el entorno químico más duro que uno pueda imaginar”, dice. Afirma que la forma en que el sistema catalítico está construido actualmente no puede competir con la vida útil de diez años del que está actualmente en uso.

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Él está de acuerdo: “Será muy difícil lograr la robustez requerida durante varios años”. Tomas Turek de la Universidad Técnica de Clausthal, quien escribió A Noticias y artículos de opinión que acompañan al nuevo estudio. Pero él no cree que eso sea imposible. Y agrega: “El gran valor de la publicación, en mi opinión, es que por primera vez se ha demostrado un catalizador orgánico con propiedades de evolución de cloro tan excelentes”. “Es un primer paso, y claramente se necesitan más esfuerzos de investigación”.

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