Vaihtoehto
Jos muutat CO2:n synteesikaasuksi, saat arvokkaan raaka-aineen kemianteollisuudelle. TU Wienin tutkijat osoittavat, kuinka tämä toimii jopa huoneenlämpötilassa ja ympäristön paineessa.
Jokainen, joka ajattelee hiilidioksidia, tulee todennäköisesti nopeasti mieleen sellaisia termejä kuin ilmastolle haitallinen tai jätetuote. Vaikka hiilidioksidi oli olemassa pitkään - puhdas jätetuote - kehitetään yhä enemmän prosesseja, joilla kasvihuonekaasu voidaan muuntaa arvokkaiksi raaka-aineiksi. Kemia puhuu sitten "lisäarvokemikaaleista". Wienin teknillisessä yliopistossa kehitettiin uusi materiaali, joka mahdollistaa tämän, ja se esiteltiin äskettäin Communications Chemistry -lehdessä.
Dominik Ederin tutkimusryhmä kehitti uuden materiaalin, joka helpottaa CO2:n muuntamista. Nämä ovat MOCHA:ita - nämä ovat organometallisia kalkogenolaattiyhdisteitä, jotka toimivat katalyytteinä. Sähkökemiallisen konversion tuloksena syntyy synteesikaasua tai lyhennettynä synteesikaasua, joka on kemianteollisuuden tärkeä raaka-aine.
CO2 muuttuu synteesikaasuksi
Synteesikaasu on hiilimonoksidin (CO), vedyn (H2) ja muiden kaasujen seos ja sitä käytetään muiden aineiden raaka-aineena. Yksi tärkeimmistä käyttökohteista on lannoitteiden valmistus, jossa ammoniakkia valmistetaan synteesikaasusta. Sitä voidaan kuitenkin käyttää myös polttoaineiden, kuten dieselin, tai polttokennoissa käytettävän metanolin valmistukseen. Koska hiilidioksidin talteenotto ilmakehästä on varsin energiaintensiivistä, hiilidioksidia on järkevää ottaa talteen teollisuuslaitoksista. Sieltä se voi siksi toimia lähtöaineena erilaisille kemikaaleille.
Aikaisemmat menetelmät vaativat kuitenkin korkeita lämpötiloja ja painetta sekä kalliita katalyyttejä. Wieniläiset tutkijat etsivät siksi katalyyttejä, joilla synteesikaasua voidaan tuottaa myös matalissa lämpötiloissa ja ympäristön paineessa. "MOCHA:t toimivat eri tavalla kuin tähän asti käytetyt katalyytit: lämmön sijaan syötetään sähköä, joka aktivoi katalyytin ja käynnistää hiilidioksidin muuntamisen synteesikaasuksi", selittää nuorempi ryhmän johtaja Dogukan Apaydin, joka vastaa hiilidioksidin muuntamismenetelmistä. tutkimusryhmä tutkii.
MOCHA:t ongelmanratkaisijana
MOCHA:t muodostavat materiaaliluokan, joka kehitettiin lähes 20 vuotta sitten, mutta joita ei ole vielä löydetty. Orgaanisten ja epäorgaanisten hybridimateriaalit ovat siksi saavuttaneet suosiota vasta viime vuosina. TU:n tutkijat tunnistivat MOCHA:iden potentiaalin katalyytteinä ja tekivät niillä kokeita ensimmäistä kertaa. He kohtasivat kuitenkin useita ongelmia: Aiemmat synteesimenetelmät tuottivat vain pieniä määriä tuotetta ja vaativat paljon aikaa. "Käyttämällä synteesimenetelmäämme pystyimme lisäämään merkittävästi tuotteen määrää ja lyhentämään kestoa 72 tunnista viiteen tuntiin", selittää Apaydin MOCHA:iden uutta valmistusprosessia.
Ensimmäiset testit osoittivat, että MOCHA:iden katalyyttinen suorituskyky synteesikaasun tuotannossa CO2:sta on verrattavissa tähän mennessä kehitettyihin katalyytteihin. Lisäksi ne vaativat paljon vähemmän energiaa, koska koko reaktio voidaan suorittaa huoneenlämpötilassa. Lisäksi MOCHA:t ovat osoittautuneet erittäin vakaiksi. Niitä voidaan käyttää erilaisissa liuottimissa, eri lämpötiloissa tai erilaisissa pH-olosuhteissa, ja ne säilyttävät muotonsa katalyysin jälkeenkin.
Siitä huolimatta on joitain parametreja, joita Dogukan Apaydinin ja tohtoriopiskelijan Hannah Rablin tiimi edelleen tutkii. Kun samoja elektrodeja käytetään useita kertoja energian toimittamiseen virran muodossa, suorituskyky heikkenee hieman. Sitä, kuinka MOCHA:iden ja elektrodien välistä yhteyttä voidaan edelleen parantaa tämän suorituskyvyn heikkenemisen estämiseksi, tutkitaan nyt pitkäaikaisissa kokeissa. "Olemme vielä hakemusten alkuvaiheessa", Dogukan Apaydin huomauttaa. ”Tykkään verrata tätä aurinkosähköjärjestelmiin, jotka 30 vuotta sitten olivat paljon monimutkaisempia ja kalliimpia valmistaa kuin nykyään. Oikealla infrastruktuurilla ja poliittisella tahdolla MOCHA:ita voidaan kuitenkin tulevaisuudessa käyttää laajasti myös hiilidioksidin muuntamisessa synteesikaasuksi ja siten edistää ilmastonsuojelua", Apaydin vakuuttaa.
