Po 150 latach wreszcie doszło do przełomu w kierunku zamiany CO2 w paliwo

Przez półtora wieku lub więcej naukowcy próbowali dowiedzieć się, jak zrobić coś użytecznego z całym dwutlenkiem węgla unoszącym się w atmosferze. Mamy mnóstwo rzeczy, które emitujemy za każdym razem, gdy wydychamy, ale wszystko, co robi, to krążyć w atmosferze, czyniąc naszą planetę cieplejszą i powodując wiele potencjalnie bardzo nieprzyjemnych skutków ubocznych w tym procesie.

Naukowcy tak naprawdę uwielbiam znaleźć sposób na przekształcenie go w paliwo, które prawdopodobnie zabije dwa ptaki jednym kamieniem, dając nam zamiennik skamieniałości emitujących gazy cieplarniane. Ale łatwiej to powiedzieć niż zrobić: naukowcy nie tylko próbowali dowiedzieć się, jak przechowywać wszystko, co zostanie zredukowane z dwutlenku węgla, ale wciąż starają się zrozumieć, w jaki sposób redukcja dwutlenku węgla może być nawet katalizowana.

Innymi słowy, naukowcy w zasadzie zajmują się CO2 od połowy XIX wieku, mieszając go z różnymi materiałami, podgrzewając go itd., Tylko czasami osiągając reakcję („150 lat” jest odniesieniem do eksperymentu z 1869 r. W naukowcy wykorzystali elektrokatalizator do przekształcenia CO2 w kwas mrówkowy, środek konserwujący). Ale podczas gdy naukowcy od dawna rozumieją ten potencjał, nie rozumieli, co spowodowało te reakcje. To sprawiło, że przeprowadzanie eksperymentów w kontrolowany sposób było niemożliwe do chwili obecnej dzięki nowemu eksperymentowi przeprowadzonemu przez naukowców z Columbia University School of Engineering. Wyniki ich pracy zostały opublikowane dzisiaj w Materiały z Narodowej Akademii Nauk.

„Zaczęliśmy robić to tak, jak robią to inni ludzie, metodą prób i błędów, i bawiąc się różnymi materiałami, aby zobaczyć, jak wydajność konwersji CO2 zależy od właściwości materiału”, autorka naczelna Irina Chernyshova, współpracująca naukowiec z Columbia University School of Inżynieria i nauki stosowane, mówi Odwrotność. „Ale to może trwać przez całe życie”.

Ich przełom, wyjaśnia Chernyshova, wiąże się z procesem redukcji elektrochemicznej lub konwersji CO2 w prostszą cząsteczkę przez dodanie energii elektrycznej. Korzystając ze wzmocnionej powierzchniowo spektroskopii Ramana, zespół był w stanie po raz pierwszy zaobserwować, że dwutlenek węgla można zredukować za pomocą jednego pośredniego - karboksylanu, który przyłącza się do powierzchni cząsteczek węgla i tlenu - zamiast dwóch.

„Przez 150 lat ludzie wiedzieli, że jest to możliwe, ale przez 150 lat nie mogli go komercjalizować, ponieważ robią to w sposób niesystematyczny” - powiedziała Chernyshova. „Nie można wyświetlać wszystkich materiałów we wszystkich możliwych kombinacjach”.

Teraz, gdy lepiej rozumieją elektroredukcję dwutlenku węgla, naukowcy na całym świecie mają teraz znacznie lepsze prowadnice do własnych badań, nie tylko w dziedzinie energii odnawialnej, ale w celu zmniejszenia CO2 do dowolnej liczby bardziej przydatnych cząsteczek, na przykład nawozów. A ponieważ wiemy więcej o przysłowiowym „kroku pierwszym” tego procesu, eksperymenty stają się znacznie tańsze i łatwiejsze do przeprowadzenia, miejmy nadzieję z efektem domina.

„Dzięki tej wiedzy i mocy obliczeniowej”, mówi współautor artykułu, Sathish Ponnurangam, w komunikacie prasowym: „naukowcy będą mogli dokładniej przewidzieć reakcję na różnych katalizatorach i określić najbardziej obiecujące reakcje, które mogą być dalej syntetyzowane i przetestowany."

Oprócz wysiłków mających na celu katalizowanie CO2 za pomocą bezpośredniego światła słonecznego, procesu powszechnie znanego jako fotosynteza sztuczna lub pół-sztuczna z powodu inspiracji czerpanych z roślin, wysiłki zmierzające do przekształcenia CO2 w paliwo lub powietrze do oddychania zyskują na znaczeniu. Wcześniej w tym miesiącu naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge w Wielkiej Brytanii odkryli, w jaki sposób skuteczniej podzielić cząsteczki wody na wodór (który może być wykorzystany jako paliwo) i tlen przy użyciu enzymu znajdującego się w algach zwanego hydrogenazą.