Naukowcy użyli metali w stanie ciekłym do zamiany gazowego dwutlenku węgla w stałą postać węgla - to przełom, który w skali światowej może odmienić dotychczasowe podejście do najważniejszego z gazów cieplarnianych, który obecnie - z mizernym skutkiem - neutralizuje się przez wychwyt i zatłaczanie do podziemnych zbiorników.
Odkrycia dokonał zespół badaczy z australijskiego uniwersytetu technicznego Royal Melbourne Institute of Technology. Opracowali oni nową technologię, która wydajnie przekształca CO2 w cząstki pierwiastkowego węgla. Opis eksperymentu opublikowano w czasopiśmie "Nature Communications" pod koniec lutego 2019 r. Wzbudził ogromne poruszenie: w środowisku naukowym uznano, że oto pojawiła się możliwość bezpiecznego i trwałego rozprawienia się z gazami cieplarnianymi w atmosferze.
Obecne technologie koncentrują się na wychwytywaniu CO2. Po jego kompresji do postaci ciekłej, dwutlenek jest transportowany do odpowiednich miejsc, w których można zatłoczyć go pod powierzchnię ziemi (np. do kawern po wydobyciu innych surowców lub naturalnych podziemnych pustek). Niestety wdrożenie technologii CCS (wychwytu i składowania CO2) napotyka na trudności w związku inżynierią i kosztami. Dodatkowo nie usunięto wciąż obaw o to, że w wyniku nieszczelności podziemnych zbiorników mogłoby dochodzić do wycieków CO2 o nieobliczalnych skutkach.
Zdaniem naukowca RMIT dra Torbena Daenekego konwersja CO2 do węgla jest metodą, o dużo pespektywach.
- Nie możemy wprawdzie cofnąć czasu, ale zamiana dwutlenku węgla w węgiel i deponowanie go w ziemi przypomina cofanie zegara emisji gazów cieplarnianych - zauważa dr Torben Daeneke w portalu www.eurekalert.org, który omawia artykuł z "Nature Communications".
Badacz wyjaśnia, że jak dotąd konwersja dwutlenku węgla w węgiel udawała się wyłącznie przy zastosowaniu ekstremalnie wysokich temperatur, co czyniło tę metodę nieprzydatną w skali przemysłowej.
- Wykorzystując ciekłe metale jako katalizatory pokazaliśmy, że możliwa jest zamiana gazu z powrotem w węgiel w pokojowej temperaturze, w efektywnym procesie, który można przeprowadzić na dużą skalę - mówi naukowiec, dodając, że trzeba jeszcze wielu badań, lecz wykonany został pierwszy krok milowy do nowoczesnego zagospodarowania dwutlenku węgla.
Tajemnica tkwi w recepturze metalicznej cieczy
"Redukcja CO2 do produktów stałych stanowi poważne wyzwanie, bo ciało stałe przywiera do powierzchni katalizatora w wyniku sił wiązań wewnątrzcząsteczkowych van der Waalsa, blokując dostęp do miejsc aktywnych katalitycznie i doprowadzając do zniszczenia powierzchni katalizatora w procesie znanym jako koksowanie. Formują się osady węglowe, które przywierają do powierzchni katalizatora, zmniejszając jego aktywność. Wprowadzone ostatnio katalizatory na bazie metali ciekłych okazały się znacząco odporniejsze na dezaktywację mechaniczną z koksowania. Ciekła postać katalizatora zapobiega przywieraniu dowolnych osadów węglowych w trakcie reakcji, eliminując wpływ adhezji ze strony sił van der Waalsa działających między produktem a powierzchnią katalizatora z metalu ciekłego. W efekcie elektrokatalizatory oparte na metalach ciekłych wydają się idealnie dopasowane do prowadzenia ciągłej redukcji gazu CO2 do produktów węglowych i grafitu" - czytamy w artykule opublikowanym w "Nature Communications".
W australijskim doświadczeniu do zbudowania elektrokatalizatora użyto ceru oraz stopów metalicznych galu, indu i cyny, które zachowują płynność w temperaturze pokojowej, są nietoksyczne (np. w odróżnieniu od rtęci) oraz mają zdolność rozkładania innych cząstek metali w stężeniach odpowiednich dla katalizy. W dodatku większość metali ciekłych jest pozbawiona tlenu, co umożliwia stabilizację tzw. elementów piroforycznych (łatwo ulegających samozapłonowi - przyp. red.), takich jak metale ziem rzadkich, które dotychczas nie nadawały się do procesów elektrokatalizy CO2 w swym stanie zero-wartościowym. Ciecze metaliczne odznaczają się nadto doskonałym przewodnictwem elektrycznym, co ma kluczowe znaczenie przy projektowaniu procesu elektrokatalizy. W przypadku stopu z wielu metali ciekłych korzystne jest również zachowanie się tlenków metali, ich typowe układanie się w płaską, dwuwymiarową warstwę na powierzchni elektrody.
Jak przebiega konwersja CO2 do węgla?
Dr Dorna Esrafilzadeh, kierująca zespołem badawczym RMIT, jest wynalazczynią nowej elektrochemicznej metody, w której niewielka ilość ciekłego metalicznego katalizatora pod napięciem elektrycznym zanużana jest w zbiorniku z elektrolitem i dwutelenkiem węgla. Gaz powoli rozkłada się a płatki węgla w postaci stałej, które powstają na płynnej elektrodzie, odpadają naturalnie pod własnym ciężarem.
Dorna Esrafilzadeh zwraca uwagę, że uboczną korzyścią procesu jest gromadzenie się na cząstkach węgla ładunku elektrycznego, dzięki czemu przypomina on w superkondensator. Taki materiał mógłby zostać użyty w przyszłości do budowy aut elektrycznych jako wysokotechnologiczny składnik konstrukcji. Zastosowania przemysłowe można znaleźć także dla innego produktu ubocznego: syntetycznego paliwa, powstającego w trakcie katalizowania dwutlenku węgla.
Badania prowadzono w zakładach mikronanotechnologii oraz mikroanalizy i mikroskopii RMIT pod kierunkiem wynalazcy, prof. Kourosha Kalantara-Zadeha z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii w Sydney. Wsparcia udzieliły naukowcom rządowe centra Australian Research Councile for Future Low-Energy Electronics Technologies (ARC FLEET) oraz Excellence for Electromaterials Science (ACES) - zajmujące się elektroniką technologii niskoenergetycznych oraz nowoczesnych przewodników elektryczności. W programie współuczestniczyli badacze z Niemiec (Uniwersytet w Muenster), Chin (Nankiński Uniwersytet Aeronautyki Astronautyki), USA (Uniwersytet Stanowy Północnej Karoliny) oraz innych wiodących uniwersytetów australijskich (UNSW, University of Wollongong, Monash University, QUT - Uniwersytet Technologiczny Queensland).
Jeżeli chcesz codziennie otrzymywać informacje o aktualnych publikacjach ukazujących się na portalu netTG.pl Gospodarka i Ludzie, zapisz się do newslettera.
