Ako želimo da usporimo globalno zagrevanje, moramo drastično da smanjimo emisije gasova staklene bašte. Između ostalog, treba da se izvučemo bez fosilnih goriva i koristimo energetski efikasnije tehnologije.
Međutim, samo smanjenje emisija neće učiniti dovoljno za postizanje klimatskih ciljeva. Takođe moramo da uhvatimo velike količine gasa sa efektom staklene bašte CO 2 iz atmosfere i da ga ili trajno skladištimo pod zemljom ili da ga koristimo kao sirovinu bez ugljenika u industriji. Nažalost, tehnologije hvatanja ugljenika koje su danas dostupne zahtevaju mnogo energije i shodno tome skupe.
Zato istraživači sa ETH Ciriha razvijaju novu metodu koja koristi svetlost. Ovim procesom će u budućnosti energija potrebna za hvatanje ugljenika dolaziti od sunca. Njihov rad je objavljen u Chemistri of Materials.
Predvođeni Marijom Lukackajom, profesorkom elektrohemijskih energetskih sistema, naučnici koriste činjenicu da je u kiselim vodenim tečnostima CO 2 prisutan kao CO 2 , ali u alkalnim vodenim tečnostima reaguje formirajući soli ugljene kiseline, poznate kao karbonati. Ova hemijska reakcija je reverzibilna. Kiselost tečnosti određuje da li sadrži CO 2 ili karbonat.
Da bi uticali na kiselost njihove tečnosti, istraživači su joj dodali molekule, nazvane fotokiseline, koje reaguju na svetlost. Ako se takva tečnost zatim ozrači svetlošću, molekuli je čine kiselom. U mraku se vraćaju u prvobitno stanje koje tečnost čini alkalnijom.
Ovako detaljno funkcioniše metod istraživača ETH: Istraživači odvajaju CO 2 iz vazduha propuštanjem vazduha kroz tečnost koja sadrži fotokiseline u mraku. Pošto je ova tečnost alkalna, CO 2 reaguje i formira karbonate. Čim se soli u tečnosti akumuliraju u značajnom stepenu, istraživači zrače tečnost svetlošću. To ga čini kiselim, a karbonati se pretvaraju u CO 2 .
CO 2 mehurići iz tečnosti, baš kao što to čini u boci kole, i može se sakupljati u rezervoarima za gas. Kada u tečnosti skoro da ne ostane CO 2, istraživači isključuju svetlo i ciklus počinje iznova, sa tečnošću spremnom da uhvati CO 2 .
U praksi je, međutim, postojao problem: korišćene fotokiseline su nestabilne u vodi. „Tokom naših najranijih eksperimenata, shvatili smo da će se molekuli raspasti nakon jednog dana“, kaže Ana de Vris, doktorant u Lukackajinoj grupi i glavni autor studije.
Dakle, Lukackaia, de Vries i njihove kolege analizirali su raspad molekula. Problem su rešili tako što su svoju reakciju sproveli ne u vodi, već u mešavini vode i organskog rastvarača. Naučnici su laboratorijskim eksperimentima uspeli da odrede optimalni odnos dve tečnosti i mogli su da objasne svoje nalaze zahvaljujući modelskim proračunima koje su sproveli istraživači sa Univerziteta Sorbona u Parizu.
Kao prvo, ova mešavina im je omogućila da zadrže stabilne molekule fotokiselina u rastvoru skoro mesec dana. Sa druge strane, obezbedilo je da se svetlost može koristiti za prebacivanje rastvora napred i nazad po potrebi između kiselog i alkalnog. Ako bi istraživači koristili organski rastvarač bez vode, reakcija bi bila nepovratna.
Ostali procesi hvatanja ugljenika su takođe ciklični. Jedna uspostavljena metoda radi sa filterima koji sakupljaju molekule CO 2 na temperaturi okoline. Da bi se naknadno uklonio CO 2 iz filtera, oni se moraju zagrejati na oko 100° Celzijusa. Međutim, grejanje i hlađenje su energetski intenzivni: oni čine najveći deo energije potrebne metodom filtera.
„Nasuprot tome, našem procesu nije potrebno nikakvo grejanje ili hlađenje, tako da zahteva mnogo manje energije“, kaže Lukackaja. Više od toga, nova metoda istraživača ETH potencijalno funkcioniše samo sa sunčevom svetlošću.
„Još jedan interesantan aspekt našeg sistema je da možemo da pređemo iz alkalnog u kiseli u roku od nekoliko sekundi i nazad u alkalni za nekoliko minuta. To nam omogućava da prelazimo između hvatanja i oslobađanja ugljenika mnogo brže nego u sistemu vođenom temperaturom“, objašnjava de Vris.
Ovom studijom, istraživači su pokazali da se fotokiseline mogu koristiti u laboratoriji za hvatanje CO 2 . Njihov sledeći korak na putu ka tržišnoj zrelosti biće dalje povećanje stabilnosti molekula fotokiselina. Oni takođe moraju da istraže parametre celog procesa da bi ga dodatno optimizovali.
Više informacija: Anna de Vries et al, Solvaciono podešena fotokiselina kao stabilan pH prekidač vođen svetlošću za hvatanje i otpuštanje CO2, Hemija materijala (2023). DOI: 10.1021/acs.chemmater.3c02435
Informacije o časopisu: Hemija materijala
Obezbeđuje ETH Cirih
Istražite dalje
