Omraženi CO2 pretvoren u omiljeni alkohol

Slučajno je otkriveno kako se s pomoću nanošiljaka, ugljikova dioksida i vode može stvoriti etanol, jedan od glavnih sastojaka jakih alkoholnih pića, ali u posljednje vrijeme i cijenjeno biogorivo.

Znanstvenici iz laboratorija Oak Ridge National (ORNL) u Tennesseu otkrili su kemijsku reakciju pretvaranja CO₂ u etanol, stvorivši tako novu potencijalnu tehnologiju koja bi mogla pomoći ublažavanju klimatskih promjena. Njihovi rezultati objavljeni su u časopisu Chemistry Select. Istraživači tvrde da su do tog otkrića došli gotovo slučajno, dok su pokušavali pronaći niz kemijskih reakcija koje bi mogle pretvoriti CO₂ u korisno gorivo. U tim pokušajima shvatili su da već prvi korak u procesu čini sve sâm po sebi. Reakcija pretvara CO₂ u etanol, alkohol kojim bi se mogli napajati generatori ili vozila.

Tehnologija uključuje novu kombinaciju bakra i ugljena posloženu u nanošiljke na silikonskoj površini. Nanotehnologija ovdje omogućuje da reakcije budu vrlo precizne, s vrlo malo kontaminanata.

– Upotrebom zajedničkih materijala, ali organiziranih s nanotehnologijom, shvatili smo kako ograničiti popratne reakcije i dobiti željeni rezultat – rekao je Adam Rondinone, voditelj skupine koja stoji iza otkrića.

Tvrdi da taj postupak ima nekoliko prednosti u odnosu na druge postupke za pretvaranje CO₂ u gorivo. Dio su misije istraživača iz laboratorija Oak Ridge istraživanja u nanotehnologiji, a Rondinoneova skupina bila je usredotočena na katalizaciju sa strujom. Katalizatori su elementi koji olakšavaju reakcije.

– Kemijske reakcije sklene su nastaviti se uz više koraka. Zapravo, pokušavali smo organizirati ili stvoriti teksturu koja bi bila reaktivna površina tako da se koraci mogu održati na različitim mjestima. Vjerovali smo da ćemo moći kontrolirati kompliciranu reakciju – dodaje Rondinone.

Istina, koncept upotrebe struje za prikupljanje ugljikova dioksida proučava se svagdje, no ta je skupina pristupila drukčije: uzela je ugljikov dioksid i pokušala ga elektrokemijski smanjiti, što znači da je oduzimala kisik i mijenjala ga vodikom. Tako je dobila nešto poput metana.

– Na svoje iznenađenje otkrili smo da stvaramo etanol. I to je taj ‘slučajni’ dio. Dakle, ovo je, doista, prvi dobar primjer elektrokemijske reakcije u kojoj upotrebom ugljikova dioksida od njega dobivate etanol. Ljudi su već u literaturi pokazali kako proizvesti metan s vrlo visokim prinosom, a sada smo se približili prinosima metana, ali mi smo to radili s tekućim gorivom. I to je vrlo uzbudljivo – kaže Rondinone.

O energijskoj učinkovitosti procesa, čini se, još je prerano govoriti. – Primjerice, počnimo sa sto elektrona. Ako ih provedemo tim katalizatorom i dopustimo reakciju, imamo prinos od 63 posto, dakle 63 elektrona završit će pohranjeno kao etanol, a ostatak će postati vodik, ugljikov monoksid ili nešto treće. Ako se pak uzme sto molekula ugljikova dioksida i omogući im se reakcija, oko 84 od njih završit će kao etanol. Zasad smo jako zadovoljni sa 63 i 84 posto prinosa. Međutim, to je ipak jedna od onih stvari kojima još treba vremena da zažive. Istraživači tvrde da je to sad izglednije jer bolje znaju upravljati mehanizmom i znaju kako radi pa ima strategija koje se mogu razviti radi podizanja energijske učinkovitosti – kaže Rondinone, dodajući što je najveća posebnost otkrića:

– Možda to da zapravo imamo dvije reakcije istodobno s ovim katalizatorom. Elektrokemijski potičemo ugljikov dioksid da bismo dobili ugljik i elektrokemijsku izazivamo reakciju vode da dobijemo vodik. I to se događa zajedno na istom katalizatoru. Mogli bismo imati bolji katalizator za elektrolizu vode, a zatim ‘hraniti’ vodik izravno s CO₂ i ostaviti ga da reagira. To je, vjerojatno, dobra polazna točka za povećanje energijske učinkovitosti.

Međutim, dodaje, ako bi netko bio zainteresiran za stvaranje kemijskih sirovina ili stvaranje etanola, ali pod drugim regulatornim okvirom, primjerice ako se postavi cijena za ugljik, to bi odjednom moglo biti vrlo konkurentno. Ako to sada pokušate učiniti, dakle protiv benzina i E85 i kukuruza na bazi etanola, neće biti konkurentni.

Možda je važnije što se proces događa na sobnoj temperaturi, što znači da se lako može pokrenuti i zaustaviti uz malu potrošnju energije. To znači da se taj postupak konverzije može iskoristiti kao privremeno skladište energije tijekom zatišja u razvoju obnovljivih izvora energije, tijekom zaglađivanja fluktuacije u mreži obnovljivih izvora energije. – Proces poput ovog omogućit će trošenje dodatne struje kad je na raspolaganju za stvaranje i pohranjivanje u obliku etanola. Zato vjerujemo da bi se mogao iskoristiti za to da se usisa dodatna struja i pohraniti nekamo u obliku etanola koji se može distribuirati i rabiti kao gorivo – objašnjava Rondinone.

Znanstvenici planiraju dodatno proučiti taj proces i nastojat će ga učiniti još učinkovitijim. Budu li uspješni, u bliskoj budućnosti mogli bismo vidjeti velike zahvate u prikupljanju i skladištenju ugljika iz velikih izvora, poput elektrana na fosilna goriva.