Oι τεχνολογίες για την απομάκρυνση του άνθρακα από την ατμόσφαιρα βελτιώνονται συνεχώς, αλλά είναι δυσκολότερη η εξεύρεση λύσεων για το τι θα κάνουμε τον άνθρακα μετά τη σύλληψή του.
Ο επιστήμονας Pulickel Ajayan, από το εργαστήριο υλικών του Πανεπιστημίου Rice και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν έναν τρόπο να αποσπάσουν τον άνθρακα από το διοξείδιο του άνθρακα και να τον προσφύσουν σε άτομα υδρογόνου σχηματίζοντας μεθάνιο - ένα πολύτιμο καύσιμο και πρώτη ύλη για τη βιομηχανία. Σύμφωνα με τη μελέτη τους που δημοσιεύτηκε στο Advanced Materials, η μέθοδος βασίζεται στην ηλεκτρόλυση και σε καταλύτες που αναπτύχθηκαν με εμβολιασμό απομονωμένων ατόμων χαλκού πάνω σε δισδιάστατα πολυμερή πρότυπα.
«Η μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα με χρήση ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να παράγει μια μεγάλη σειρά από βιομηχανικά καύσιμα και πρώτες ύλες μέσω διαφορετικών οδών», δήλωσε ο Soumyabrata Roy, ερευνητής στο εργαστήριο του Ajayan και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. «Ωστόσο, η μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε μεθάνιο περιλαμβάνει ένα μονοπάτι από οκτώ βήματα που εγείρουν σημαντικές προκλήσεις για την εκλεκτική και ενεργειακά αποδοτική παραγωγή μεθανίου».
«Η επίλυση των σχετικών προβλημάτων μπορεί να βοηθήσει να κλείσουμε τον κύκλο του τεχνητού άνθρακα σε μεγάλες κλίμακες και η ανάπτυξη αποτελεσματικών και προσιτού κόστους καταλυτών είναι ένα βασικό βήμα προς την επίτευξη αυτού του στόχου».
Η πειραματική τεχνολογία
Τα πρότυπα του πολυμερούς, τα οποία κατασκευάζονται με εναλλαγή ατόμων άνθρακα και αζώτου, έχουν μικροσκοπικούς πόρους όπου τα άτομα χαλκού μπορούν να χωρέσουν σε διάφορες αποστάσεις το ένα από το άλλο. Οι καταλύτες συναρμολογούνται σε θερμοκρασία δωματίου μέσα σε νερό με τα άτομα χαλκού να εκτοπίζουν τα ιόντα του μετάλλου στα πρότυπα του πολυμερούς. Όταν δοκιμάστηκαν σε αντιδραστήρα, οι καταλύτες επέτρεψαν την αναγωγή του διοξειδίου του άνθρακα σε μεθάνιο στο ένα μισό του κυττάρου, ενώ το οξυγόνο παρήχθη από το νερό στο άλλο μισό.
«Διαπιστώσαμε ότι διαμορφώνοντας τις αποστάσεις μεταξύ των ατόμων χαλκού μειώσαμε την ενέργεια που απαιτείται για βασικά βήματα αντίδρασης, επιταχύνοντας έτσι τη χημική μετατροπή», είπε ο Roy. «Αυτή η συνεργατική δράση των κοντινών ατόμων χαλκού βοήθησε στην παραγωγή μεθανίου με πολύ υψηλό ρυθμό εκλεκτικότητας και αποτελεσματικότητας».
Γρήγορη και αποτελεσματική μετατροπή
Οι καταλύτες που αναπτύχθηκαν από τον Roy και τους συνεργάτες οδήγησαν σε μία από τις πιο γρήγορες και πιο αποτελεσματικές μετατροπές διοξειδίου του άνθρακα σε μεθάνιο μέσω ηλεκτρόλυσης που έχουν γίνει γνωστές μέχρι στιγμής, συμβάλλοντας στην προώθηση της διαδικασίας μετατροπής του άνθρακα τόσο όσον αφορά τη θεμελιώδη επιστημονική γνώση όσο και το επίπεδο απόδοσης.
«Εάν μπορέσουμε να αντιμετωπίσουμε τα θέματα ενεργειακής απόδοσης και απόδοσης μετατροπής άνθρακα σε επίπεδο συστήματος, φθηνά και αποδοτικά υλικά όπως αυτά θα διαδραματίσουν καταλυτικό ρόλο στην υιοθέτηση και ανάπτυξη της ηλεκτροχημικής τεχνολογίας μείωσης του διοξειδίου του άνθρακα από τη βιομηχανία», δήλωσε ο Jingjie Wu, αναπληρωτής καθηγητής χημικής και περιβαλλοντικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Σινσινάτι.
Ο Ajayan, ο Benjamin M. του Πανεπιστημίου Rice και η καθηγήτρια Μηχανικής και πρόεδρος του Τμήματος Επιστήμης Υλικών και Νανομηχανικής, του Πανεπιστημίου του Anderson, Mary Greenwood πρόσθεσαν ότι «ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη νέων καταλυτών έχει κεντρικό ρόλο στις προκλήσεις ενέργειας και βιωσιμότητας που αντιμετωπίζουμε». «Οι καταλύτες με διασπορά μεμονωμένων ατόμων αποτελούν μια συναρπαστική προσέγγιση σε αυτή την προσπάθεια», κατέληξε ο Ajayan.
www.worldenergynews.gr
