Istraživač sa državnog univerziteta Montana Džejms Kraford nedavno je objavio rad sa Nacionalnom laboratorijom za obnovljivu energiju koji označava korak napred u njihovoj potrazi za onim što on naziva „svetim gralom“ hemije: pretvaranjem ugljen-dioksida staklene bašte u hemijske građevne blokove koji bi mogli biti koristi se za stvaranje bezbroj drugih materijala.
Taj rad, „High Selectivity Reactive Carbon Dioxide Capture over Zeolite Dual-Functional Materials,“ objavljen je u časopisu ACS Kataliza. Ilustracija procesa konverzije ugljen-dioksida u atomskoj skali nalazi se na prednjoj korici časopisa.
„Uspešno smo uhvatili ugljen-dioksid, a zatim ga pretvorili u metan i ugljen-monoksid koristeći funkcionalizovane mikroporozne materijale“, rekao je Kroford, docent hemijskog i biološkog inženjerstva na Fakultetu inženjerskih nauka Norm Asbjornson u MSU. „Metan je izvor energije koji je kompatibilan sa postojećom infrastrukturom prirodnog gasa. Ugljenmonoksid ima lošu reputaciju, ali se ispostavilo da je suštinski reaktant u generisanju sintetičkih goriva i hemikalija.“
Element ugljenik se nalazi u svim živim bićima. To je drugi najzastupljeniji element u ljudskom telu i četvrti po broju u univerzumu. Nalazi se u biogorivima, hemikalijama, tekstilu i građevinskim materijalima. Takođe je glavni element u ugljen-dioksidu, opšte poznatom kao CO2, koji čini manje od 1% Zemljine atmosfere. Pored toga što ga ljudi izdišu, bezbojni gas bez mirisa koji zadržava toplotu je jedan nusproizvod sagorevanja fosilnih goriva poput nafte, prirodnog gasa, benzina i uglja.
Postojeće metode za uklanjanje ugljen-dioksida iz atmosfere uglavnom rezultiraju skladištenjem gasa, a ne pretvaranjem u nove proizvode.
„Ono što pokušavamo da uradimo je da uvedemo još jedan način za hvatanje CO 2 tako što ga zaključavamo hemijskim vezama“, rekao je Kroford, koji je takođe povezan sa Institutom za energetska istraživanja MSU i Centrom za biofilmsko inženjerstvo. „Ako možete da pretvorite atmosferske gasove poput ugljen-dioksida i vode u ugljen-monoksid i vodonik, onda ih možete kombinovati da biste napravili skoro svaki ugljovodonik.“
Ugljovodonici su organska jedinjenja sastavljena u potpunosti od vodonika i ugljenika, što ih čini korisnim kao gradivni blok za mnoga hemijska jedinjenja i materijale.
„Biološki katalizatori, ili enzimi, menjaju atmosferske gasove milijardama godina“, rekao je on. „Moja grupa je zainteresovana za učenje o enzimima i kopiranje njihove funkcije u robusne, čvrste katalizatore. To bi omogućilo njihovu upotrebu u teškim industrijskim procesima.“
Njegov tim je zainteresovan za materijale koji mogu selektivno da odvode CO 2 iz vazduha i omogućavaju reakcije koje menjaju hemijski identitet molekula. „Ovi katalizatori moraju imati mesta vezivanja CO 2, kao i reaktivne strukture koje omogućavaju hemijsku rekonstrukciju“, rekao je Kroford.
Ovo zahteva materijale sa prilagodljivim strukturama nano-razmera, sa dimenzijama merenim u milijardnim delovima metra. Posebno ga zanimaju dva materijala: zeoliti, koji su materijali slični keramici; i metalno-organski okviri, koji imaju metalne čvorove povezane sa organskim linkerima. Oba materijala imaju mikropore i hemijsku „podešavanje“ za stvaranje mesta za hvatanje i konverziju CO 2.
„Mi generišemo zeolite i metalno-organske okvire u laboratoriji koristeći proces koji kombinuje rastvarače, toplotu i pritisak da bi pokrenuo formiranje naših katalizatora“, rekao je Kroford.
Nadovezujući se na ove nove tehnologije, Kroford, koji je stekao diplomu hemijskog i biološkog inženjerstva na MSU pre nego što je doktorirao na Školi rudnika u Koloradu, rekao je da se nada da će njegovo istraživanje jednog dana dovesti do dizajniranja efikasnijih nano-katalizatora sa „biomimetičkim “ svojstva, što znači da oponašaju biološke procese.
„Biologija je shvatila mnogo toga“, rekao je Kroford. „Pravimo biomimetičke materijale koji će jednog dana moći da upravljaju procesom konverzije CO 2 kako bi generisali hemikalije koje su nam najpotrebnije.“
