Z badania wynika, że nowa metoda może potencjalnie zapewnić znaczne oszczędności energii.
Chemicy opracowali innowacyjną metodę wychwytywania i przekształcania dwutlenku węgla w metan, zwiększając możliwość przekształcenia przyszłych emisji gazów w paliwo alternatywne przy użyciu energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych.
Dwutlenek węgla (CO2) to gaz cieplarniany, który w dużej mierze odpowiada za ocieplenie klimatu Ziemi i jest wytwarzany przez elektrownie, fabryki i różne formy transportu. Typowe systemy wychwytywania dwutlenku węgla, mające na celu ograniczenie jego obecności w atmosferze, działają na rzecz obniżenia emisji dwutlenku węgla poprzez izolację CO2 z innych gazów i przekształcanie ich w użyteczne produkty. Proces ten jest jednak trudny do wdrożenia na skalę przemysłową ze względu na ogromną ilość energii potrzebnej do działania tych systemów.
Usprawnione podejście do katalizatorów niklowych
Teraz, używając specjalnego katalizatora na bazie niklu, naukowcy znaleźli sposób na zaoszczędzenie dużej części tej cennej energii poprzez zamianę wychwyconego dwutlenku węgla bezpośrednio w metan, powiedział Tomaz Neves-Garcia, główny autor badania i obecnie doktor habilitowany w dziedzinie chemii i biochemii na Uniwersytecie Stanowym Ohio.
Wykorzystując atomy niklu rozmieszczone na naelektryzowanej powierzchni, zespół był w stanie bezpośrednio przekształcić karbaminian, wychwyconą formę dwutlenku węgla, w metan. Odkryli, że atomy niklu, tani i powszechnie dostępny katalizator, wyjątkowo dobrze przeprowadzają tę konwersję.
„Wychodzimy z cząsteczki o niskiej energii i wytwarzamy z niej paliwo o wysokiej energii” – powiedziała Neves-Garcia. „To, co czyni to tak interesującym, to fakt, że inni wychwytują, odzyskują, a następnie stopniowo przekształcają dwutlenek węgla, podczas gdy my oszczędzamy energię, wykonując te etapy jednocześnie”.
Co najważniejsze, usprawnienie procesu wychwytywania dwutlenku węgla pomaga zmienić wiedzę naukowców na temat obiegu węgla i stanowi istotny krok w kierunku opracowania bardziej złożonych strategii na rzecz szybszych i skuteczniejszych technologii łagodzenia zmiany klimatu.
„Musimy skupić się na wydatkowaniu jak najniższej ilości energii na wychwytywanie i konwersję dwutlenku węgla” – stwierdził Neves-Garcia. „Zamiast więc wykonywać wszystkie etapy wychwytywania i konwersji niezależnie, możemy połączyć je w jednym kroku, omijając marnotrawstwo energii”.
Artykuł ukazał się niedawno w czasopiśmie „ Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego.
Chociaż wiele metod wychwytywania dwutlenku węgla jest wciąż na wczesnym etapie rozwoju, a naukowcy z różnych dziedzin pracują nad ich udoskonaleniem, dziedzina ta jest obiecująca, stwierdziła Neves-Garcia.
Zamknięcie obiegu węglowego metanem
Konwersja CO2 w paliwo wykorzystujące energię odnawialną może potencjalnie zamknąć obieg węgla. Na przykład podczas spalania metanu w celu wytworzenia energii emitowany jest dwutlenek węgla, który wychwycony i ponownie przekształcony w metan może prowadzić do ciągłego cyklu produkcji energii bez zwiększania globalnego ocieplenia na Ziemi.
Badanie to stanowi także pierwszy przypadek odkrycia przez badaczy możliwości wykorzystania elektrochemii do konwersji karbaminianu w metan. Chociaż podjęto wiele prób konwersji wychwyconego CO2 w przydatne produkty, jak dotąd większość badaczy wykazała jedynie zdolność do wytwarzania tlenku węgla.
„Metan może być naprawdę interesującym produktem, ale najważniejsze jest to, że otwiera drogę do opracowania większej liczby procesów konwersji wychwyconego CO2 w inne produkty” – powiedział.
W przyszłości zespół zamierza w dalszym ciągu badać inne alternatywne rozwiązania w zakresie czystej energii chemicznej, aby zainspirować do tworzenia różnorodnych zrównoważonych dróg wychwytywania dwutlenku węgla.
„Wszystko zawsze sprowadza się do energii, a w przyszłość tej dziedziny wkładamy wiele emocji i wysiłku, aby oszczędzać jej więcej” – powiedział Neves-Garcia.
Odniesienie: „Zintegrowane wychwytywanie dwutlenku węgla przez aminy i konwersja do metanu w jednoatomowych katalizatorach niklowych”: Tomaz Neves-Garcia, Mahmudul Hasan, Quansong Zhu, Jing Li, Zhan Jiang, Yongye Liang, Hailiang Wang, Liane M. Rossi, Robert E. Warburton i L. Robert Baker, 6 listopada 2024 r., Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego.
DOI: 10.1021/jacs.4c09744
Inni współautorzy to Quansong Zhu i L. Robert Baker z Ohio State, Liane M. Rossi z Uniwersytetu w Sao Paulo, Mahmudul Hasan i Robert E. Warburton z Case Western Reserve University, Jing Li i Hailiang Wang z Uniwersytet Yale’aoraz Zhan Jiang i Yongye Liang z Południowego Uniwersytetu Nauki i Technologii.
