Vozila na dizel gorivo dovode do značajnih emisija ugljenika koje je teško dekarbonizirati. U 2022. godini, upotreba dizel goriva činila je oko jedne četvrtine ukupnih emisija ugljen-dioksida u transportu u SAD i oko jedne desetine ukupnih emisija ugljen-dioksida povezanih sa energijom, prema američkoj Upravi za energetske informacije.
Džošua Juan, profesor Lusi i Stenli Lopata i predsedavajući Odseka za energetiku, životnu sredinu i hemijsko inženjerstvo na McKelvei školi inženjeringa na Vašington univerzitetu u Sent Luisu, i Suzi Dai, MizzouForvard profesor hemijskog i biomedicinskog inženjerstva na Univerzitetu iz Misurija, zajedno sa svojim saradnicima na Teksaškom A&M univerzitetu, koristili su elektrokatalizu ugljenika dioksida za stvaranje elektro-biodizela koji je 45 puta efikasniji i koristi 45 puta manje zemlje od proizvodnje biodizela na bazi soje.
Rezultati njihovog rada su objavljeni u Joule-u.
„Ova nova ideja se može primeniti na cirkularnu ekonomiju za proizvodnju goriva, hemikalija, materijala i prehrambenih sastojaka sa negativnim emisijama uz mnogo veću efikasnost od fotosinteze i sa manje emisije ugljenika od petrohemikalija“, rekao je Juan, koji je započeo rad sa Daiem u Teksaški A&M univerzitet. „Sistemski smo se pozabavili izazovima u elektro-bioproizvodnji tako što smo identifikovali metaboličke i biohemijske granice upotrebe dvoatomskog ugljenika i prevazišli ove granice.
Tim je koristio elektrokatalizu, vrstu hemijske reakcije pokrenute prenosom elektrona na i sa reaktanata na površinama katalizatora, da pretvori ugljen-dioksid u biokompatibilne intermedijere, kao što su acetat i etanol. Međuproizvode su zatim mikrobi pretvorili u lipide, ili masne kiseline, i na kraju su postali sirovina za biodizel, rekao je Juan, takođe direktor redizajna korišćenja ugljenika za Inženjerski istraživački centar (ERC).
Novi mikrobiološki i katalizatorski proces koji su razvili Juan, Dai i njihovi timovi omogućili su njihovom elektro-biodizelu da dostigne 4,5% efikasnosti solarne energije u molekulu za pretvaranje ugljen-dioksida u lipide, što je znatno efikasnije od biodizela. Prirodna fotosinteza u kopnenim biljkama je obično ispod 1%, gde se manje od 1% energije sunčeve svetlosti pretvara u biljnu biomasu pretvaranjem CO 2 u različite molekule za rast biljaka, objasnio je Juan.
„Količina energije koja se preusmerava na prethodnik biodizela, lipid, je još niža jer lipid ima visok energetski intenzitet“, rekao je on. „Naprotiv, proces elektro-biodizela može pretvoriti 4,5% sunčeve energije u lipide kada se solarni panel koristi za proizvodnju električne energije za pokretanje elektrokatalize, što je mnogo više od prirodnog procesa fotosinteze.
Da bi podstakao elektrokatalizu, tim je dizajnirao novi katalizator na bazi cinka i bakra koji proizvodi dvoatomske ugljenične intermedijere koji se mogu konvertovati u lipide sa projektovanim sojem bakterije Rhodococcus jostiii (RHA1), za koju se zna da proizvodi visok sadržaj lipida. Ovaj soj je takođe povećao metabolički potencijal etanola, što bi moglo pomoći da se ubrza konverzija acetata, intermedijera, u masnu kiselinu.
Nakon razvoja novog procesa, tim je analizirao uticaj procesa na klimatske promene i pronašao ohrabrujuće rezultate. Korišćenjem obnovljivih izvora za elektrokatalizu, proces elektro-biodizela mogao bi da smanji 1,57 grama ugljen-dioksida po gramu elektro-biodizela proizvedenog od nusproizvoda biomase, etilena i drugih, dajući mu potencijal za negativne emisije. Nasuprot tome, konvencionalna proizvodnja dizela iz nafte proizvodi 0,52 grama ugljen-dioksida po gramu, a metode proizvodnje biodizela proizvode 2,5 grama do 9,9 grama ugljen-dioksida po gramu proizvedenih lipida.
„Ovo istraživanje dokazuje koncept široke platforme za visoko efikasnu konverziju obnovljive energije u hemikalije, goriva i materijale za rešavanje osnovnih ograničenja ljudske civilizacije“, rekao je Juan. „Ovaj proces bi mogao da ublaži nedostatak sirovine biodizela i transformiše široku proizvodnju obnovljivih goriva, hemikalija i materijala postizanjem nezavisnosti od fosilnih goriva u sektorima koji zavise od fosilnih goriva, kao što su teška vozila dugog dometa i avioni.
