¿Por qué hacer sólo un experimento a la vez cuando puedes hacer diez? Los investigadores de Empa han desarrollado un sistema automatizado que permite estudiar los catalizadores de electrólisis de CO₂, los electrodos y las condiciones de reacción hasta diez veces más rápido. El sistema se complementa con software de código abierto para el análisis de datos.
Cuando se mezcla un combustible fósil con una pequeña cantidad de oxígeno y se le añade una chispa, se obtienen tres cosas: agua, dióxido de carbono que calienta el clima y mucha energía. Esta reacción química fundamental ocurre en todos los motores de combustión interna, ya sea que funcionen con gasolina, gasolina o queroseno. En teoría, esta reacción se puede revertir: al agregar energía (renovable), el CO previamente liberado2 puede volver a convertirse en combustible (sintético).
Esta fue la idea principal detrás de SynFuels, una iniciativa conjunta financiada por la junta directiva de ETH. Los investigadores de Empa y del Instituto Paul Scherer (PSI) pasaron tres años trabajando en formas de producir de manera económica y eficiente un combustible sintético, conocido como combustible sintético, a partir de CO.2. Sin embargo, esta respuesta está plagada de desafíos: por ejemplo, CO2 La electrólisis no sólo recupera el combustible que se quemó previamente. Más bien, se pueden crear más de 20 productos diferentes al mismo tiempo y es difícil separarlos entre sí.
La composición de estos productos se puede controlar de varias maneras, como por ejemplo mediante las condiciones de reacción, el catalizador utilizado y la microestructura de los electrodos. El número de combinaciones posibles es enorme y llevaría demasiado tiempo analizar cada una de ellas individualmente. ¿Cómo deberían los científicos encontrar lo mejor? Los investigadores de Empa han acelerado este proceso 10 veces.
Aceleración de la investigación
Como parte del proyecto SynFuels, investigadores dirigidos por Corsina Battaglia y Alessandro Senocrata del laboratorio de Materiales para la conversión de energía de Empa han desarrollado un sistema que puede utilizarse para estudiar simultáneamente hasta diez condiciones de reacción diferentes, así como materiales de catalizadores y electrodos. Los investigadores publicaron recientemente un borrador del sistema y el software que lo acompaña en la revista. Catálisis natural.
El sistema consta de diez «reactores»: pequeñas cámaras con catalizadores y electrodos donde se produce la reacción. Cada reactor está conectado a múltiples entradas y salidas de gas y líquido y a varios instrumentos a través de cientos de metros de tubería. Muchos parámetros se registran de forma totalmente automática, como presión, temperatura, flujos de gas y productos de reacción líquidos y gaseosos, todo ello con alta resolución temporal.
«Hasta donde sabemos, este es el primer sistema de este tipo en CO2 electrólisis», afirma el investigador postdoctoral de Empa, Alessandro Senokrats. «Esto proporciona una gran cantidad de conjuntos de datos de alta calidad que nos ayudarán a acelerar los descubrimientos». Cuando se desarrolló el sistema, algunos de los instrumentos necesarios ni siquiera estaban disponibles en el mercado. En colaboración con Agilent Technologies, los investigadores de Empa desarrollaron conjuntamente el primer dispositivo de cromatografía líquida en línea del mundo que identifica y cuantifica los productos de reacción líquidos durante el CO en tiempo real.? 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 están dispuestos a compartir sus propios datos con otros investigadores. «Hoy en día, los datos de las investigaciones suelen desaparecer en un cajón en cuanto se publican los resultados», explica Corsins Battaglia, director del Laboratorio de Conversión de Energía de Materiales 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 de Excelencia de Catálisis del NCCR de Investigación Nacional, que se centra en la química sostenible. El nuevo CO paralelo2 El sistema de electrólisis desempeñará un papel importante en la segunda fase de este ambicioso proyecto nacional; tanto los datos como los conocimientos se pondrán a disposición de otras instituciones de investigación suizas. Para ello, los investigadores de Empa seguirán mejorando tanto el hardware como el software en el futuro.
