Promienie słoneczne przekształcą CO2 w metan

Promienie słoneczne przekształcą CO2 w metan

Naukowcy z Penn State twierdzą, że podwójne katalizatory mogą być kluczem do efektywnego przetwarzania dwutlenku węgla i pary wodnej w metan oraz inne węglowodory za pomocą nanorurek z tlenku tytanu oraz energii słonecznej.

Proces spalania paliw kopalnianych, takich jak: ropa, gaz, czy węgiel wiąże się z emisją do atmosfery dużych ilości CO2. Odpowiedzią na ten problem może być zamiana dwutlenku węgla na różnego rodzaju węglowodory, jednakże ma to sens wyłącznie wtedy, gdy wykorzysta się do tego energię słoneczną.

„Przetwarzanie dwutlenku węgla w wysokoenergetyczne paliwo nadające się do wykorzystania w istniejących instalacjach energetycznych bazujących na węglowodorach jest możliwością bardzo atrakcyjną, jednakże proces ten wymaga dużych ilości energii, co czyni go sensowym wyłącznie w kontekście wykorzystania odnawialnych źródeł energii.” – stwierdzili naukowcy z Penn State.

Craig A. Grimes, profesor elektrotechniki, wraz ze swoim zespołem wykorzystał nanorurki z dwutlenku tytanu połączone z azotem i pokryte cienka warstwą miedzi i platyny do przekształcenia mieszaniny CO2 i pary wodnej w metan. Wykorzystując widzialne pasmo światła słonecznego, odnotowali oni uzyskanie dwudziestokrotnie większej ilość metanu w porównaniu z poprzednimi próbami laboratoryjnymi opartymi na świetle ultrafioletowym.

Z teoretycznego punkt widzenia, przekształcenie CO2 i wody w metan jest proste. Jedna cząsteczka dwutlenku węgla oraz dwie cząsteczki wody tworzą jedną cząsteczkę metanu oraz dwie cząsteczki tlenu. Jednakże aby reakcja mogła zajść, dla każdej cząsteczki konieczne jest przynajmniej osiem fotonów.

„Przekształcenie CO2 i wody w metan za pomocą fotokatalizy jest pomysłem bardzo atrakcyjnym, jednakże patrząc na problem historycznie dotychczasowe próby miały bardzo niską efektywność.” – powiedział Grimes. „Aby reakcja przyniosła znaczące efekty, wymaga sprawnego fotokatalizatora, który będzie w stanie wykorzystać maksimum energii słonecznej.”

Zespół, w skład którego wchodzą również: Oomman K. Varghese i Maggie Paulose z Materials Research Institute, oraz Thomas J. LaTempa, wykorzystał naturalne światło słoneczne do przetestowania swoich nanorurek zamkniętych w komorze zawierającej mieszaninę pary wodnej i CO2. Poddali nanorurki działaniu światła słonecznego na 2,5 do 3,5 godzin w czasie, gdy słońce generuje pomiędzy 102 i 75 miliwatów na każdy centymetr kwadratowy wystawiony na jego działanie.

Naukowcy zauważyli, że nanorurki wyżarzyły się przy temperaturze 600 stopni Celsjusza, a te pokryte miedzią wyprodukowały najwięcej węglowodorów. Te same nanorurki pokryte platyną, wyprodukowały więcej wodoru podczas, gdy te pokryte miedzią, więcej tlenku węgla. zarówno wodór, jak i tlenek węgla są normalnymi efektami pośrednimi procesu i mogą posłużyć do produkcji płynnego paliwa węglowodorowego.

Gdy zespół zastosował szereg nanorurek w połowie pokrytych miedzią i platyną, zwiększył produkcję węglowodoru eliminując przy tym tlenek węgla. Wynik procesu uzyskany dzięki podwójnie katalizującym nanorurkom, to 163 cząstek węglowodorów na milion na godzinę z każdego centymetra kwadratowego. Dla porównania, wynik przy zastosowaniu nanorurek z tlenku tytanu bez powłok z miedzi i platyny, to zaledwie 10 cząstek węglowodorów na milion na godzinę z każdego centymetra kwadratowego.

Pomimo, że wszystkie eksperymenty prowadzone były z domieszkowanymi azotem nanorurakmi z dwutlenku tytanu, naukowcy są przekonani, że azot nie miał wpływu na poprawę wydajności przekształcania CO2 w węglowodory.

Naukowcy pracują obecnie nad przekształceniem reaktora pracującego okresowego w instalację ciągłego przepływu, co według nich, pozwoliłoby jeszcze zwiększyć wydajność procesu.

(lk)