Tehnologije za uklanjanje ugljenika iz atmosfere nastavljaju da se poboljšavaju, ali teže je doći do rešenja šta da se radi sa ugljenikom kada se uhvati.
Laboratorija naučnika za materijale Univerziteta Rice Pulickel Ajaian i saradnici razvili su način da izdvoje ugljenik iz ugljen-dioksida i pričvrste ga na atome vodonika, formirajući metan – vredno gorivo i industrijsku sirovinu. Prema studiji objavljenoj u Advanced Materials, metoda se oslanja na elektrolizu i katalizatore razvijene kalemljenjem izolovanih atoma bakra na dvodimenzionalne polimerne šablone.
„Konverzija ugljen-dioksida vođena električnom energijom može proizvesti veliki niz industrijskih goriva i sirovina na različite načine“, rekao je Soumiabrata Roi, naučnik u laboratoriji Ajaian i vodeći autor studije. „Međutim, konverzija ugljen-dioksida u metan uključuje put od osam koraka koji postavlja značajne izazove za selektivnu i energetski efikasnu proizvodnju metana.
„Prevazilaženje takvih problema može pomoći da se zatvori ciklus veštačkog ugljenika u značajnim razmerama, a razvoj efikasnih i pristupačnih katalizatora je ključni korak ka postizanju ovog cilja.
Polimerni šabloni, koji su napravljeni od naizmeničnih atoma ugljenika i azota, imaju sitne pore u koje atomi bakra mogu da stanu na različitim rastojanjima jedan od drugog. Katalizatori se sastavljaju na sobnoj temperaturi u vodi sa atomima bakra koji zamenjuju jone metala domaćina u polimernim šablonima. Kada su testirani u reaktoru, katalizatori su omogućili redukciju ugljen-dioksida u metan u jednoj polovini ćelije, dok se kiseonik proizvodio iz vode u drugoj polovini.
„Otkrili smo da je moduliranje rastojanja između atoma bakra smanjilo energiju potrebnu za ključne korake reakcije, čime se ubrzala hemijska konverzija“, rekao je Roi. „Ova kooperativna akcija obližnjih atoma bakra pomogla je u proizvodnji metana sa veoma visokom stopom selektivnosti i efikasnosti.“
Katalizatori koje su razvili Roi i saradnici dali su jednu od najbržih i najefikasnijih konverzija ugljen-dioksida u metan zasnovane na elektrolizi do sada, pomažući da se unapredi proces konverzije iu smislu fundamentalnog naučnog uvida i nivoa performansi.
„Ako se može rešiti pitanje efikasnosti energije i konverzije ugljenika na nivou sistema, jeftini i efikasni materijali poput ovih će pomoći da se katalizuje industrijsko prevođenje tehnologije elektrohemijske redukcije ugljen-dioksida“, rekao je Jingjie Vu, vanredni profesor hemijskog inženjerstva i inženjerstva životne sredine na Univerzitetu u Cincinnati.
Ajaian, Rajsov Benjamin M. i Meri Grinvud Anderson, profesor inženjerstva i predsedavajuća Odeljenja za nauku o materijalima i nanoinženjering, dodali su da su „dizajn i razvoj novih katalizatora centralni za izazove energije i održivosti sa kojima se suočavamo“.
„Katalizatori dispergovani sa jednim atomom predstavljaju uzbudljiv pristup u ovom naporu“, rekao je Ajaian.
