Zamieniając CO2 w gaz syntezowy, zyskujesz cenny surowiec dla przemysłu chemicznego. Naukowcy z TU Wien pokazują, jak to działa nawet w temperaturze pokojowej i ciśnieniu otoczenia.
Każdemu, kto myśli o CO2, zapewne szybko przyjdą na myśl takie określenia, jak szkodliwy dla klimatu czy produkt odpadowy. Podczas gdy CO2 był tam przez długi czas - czysty produkt odpadowy - opracowywanych jest coraz więcej procesów, za pomocą których gaz cieplarniany można przekształcić w cenne surowce. Chemia mówi wtedy o „chemikaliach o wartości dodanej”. Nowy materiał, który to umożliwia, został opracowany na Politechnice Wiedeńskiej i niedawno zaprezentowany w czasopiśmie Communications Chemistry.
Grupa badawcza Dominika Edera opracowała nowy materiał ułatwiający konwersję CO2. Są to MOCHA - są to metaloorganiczne związki chalkogenolanowe, które służą jako katalizatory. Wynikiem konwersji elektrochemicznej jest gaz syntezowy, w skrócie syngaz, który jest ważnym surowcem dla przemysłu chemicznego.
CO2 staje się gazem syntezowym
Syngaz jest mieszaniną tlenku węgla (CO), wodoru (H2) i innych gazów i jest wykorzystywany jako surowiec do produkcji innych substancji. Jednym z najważniejszych obszarów zastosowań jest produkcja nawozów, w której amoniak jest wytwarzany z gazu syntezowego. Można go jednak również wykorzystać do produkcji paliw, takich jak olej napędowy lub do produkcji metanolu, który jest wykorzystywany w ogniwach paliwowych. Ponieważ wydobywanie CO2 z atmosfery jest dość energochłonne, sensowne jest wydobywanie CO2 z zakładów przemysłowych. Stamtąd może zatem służyć jako materiał wyjściowy dla różnych chemikaliów.
Jednak dotychczasowe metody wymagają wysokich temperatur i ciśnień, a także drogich katalizatorów. Dlatego wiedeńscy naukowcy poszukiwali katalizatorów, za pomocą których można by wytwarzać gaz syntezowy również w niskich temperaturach i pod ciśnieniem otoczenia. „MOCHA działają inaczej niż dotychczas stosowane katalizatory: zamiast ciepła dostarczana jest energia elektryczna, która aktywuje katalizator i inicjuje konwersję CO2 w gaz syntezowy” — wyjaśnia młodszy lider grupy Dogukan Apaydin, który odpowiada za metody konwersji CO2 w badania grupy badawczej.
MOCHA jako rozwiązujący problemy
MOCHA to klasa materiałów, które zostały opracowane prawie 20 lat temu, ale nie znalazły jeszcze zastosowania. Organiczno-nieorganiczne materiały hybrydowe zyskały popularność dopiero w ostatnich latach. Naukowcy z TU dostrzegli potencjał MOCHA jako katalizatorów i po raz pierwszy przeprowadzili z nimi eksperymenty. Jednak napotkali szereg problemów: poprzednie metody syntezy dawały tylko niewielkie ilości produktu i wymagały dużo czasu. „Korzystając z naszej metody syntezy, byliśmy w stanie znacznie zwiększyć ilość produktu i skrócić czas jego trwania z 72 do pięciu godzin”, wyjaśnia Apaydin o nowatorskim procesie produkcji MOCHA.
Pierwsze testy wykazały, że wydajność katalityczna MOCHA w produkcji gazu syntezowego z CO2 jest porównywalna do dotychczasowych katalizatorów. Ponadto wymagają znacznie mniej energii, ponieważ całą reakcję można przeprowadzić w temperaturze pokojowej. Ponadto MOCHA okazały się wyjątkowo stabilne. Mogą być stosowane w różnych rozpuszczalnikach, w różnych temperaturach lub w różnych warunkach pH i zachowują swój kształt nawet po katalizie.
Niemniej jednak istnieją pewne parametry, które zespół skupiony wokół Dogukana Apaydina i doktorantki Hannah Rabl wciąż bada. Wielokrotne używanie tych samych elektrod do dostarczania energii w postaci prądu powoduje nieznaczny spadek wydajności. W długoterminowych eksperymentach bada się, w jaki sposób połączenie między MOCHA a elektrodami można jeszcze bardziej ulepszyć, aby zapobiec temu spadkowi wydajności. „Nadal jesteśmy na wczesnym etapie aplikacji” — podkreśla Dogukan Apaydin. „Lubię to porównywać z systemami fotowoltaicznymi, które 30 lat temu były znacznie bardziej złożone i droższe w produkcji niż obecnie. Jednak przy odpowiedniej infrastrukturze i woli politycznej, MOCHA mogą być również szeroko stosowane w przyszłości w konwersji CO2 w gaz syntezowy, a tym samym przyczynić się do ochrony klimatu”, jest pewien Apaydin.