Z CO₂ chcą zrobić coś znacznie cenniejszego niż paliwo
Osiągnięcie globalnej neutralności klimatycznej do 2050 roku to plan ambitny, ale według wielu ekspertów – niewystarczający. Aby realnie ratować klimat, musimy wejść w fazę emisji ujemnych, czyli zacząć fizycznie usuwać dwutlenek węgla z atmosfery.
Problem w tym, że proces ten zawsze był niezwykle energochłonny i trudny do wdrożenia na wielką skalę. Zespół badaczy z Columbia University i Brookhaven National Laboratory pokazał właśnie sposób, jak zamienić ten gaz w niezwykle cenny materiał, zamykając go pod postacią nanowłókien węglowych.
Pułapka paliw syntetycznych
Do tej pory najpopularniejszym pomysłem na zagospodarowanie wyłapanego CO₂ była jego konwersja na paliwa lub chemikalia. Z naukowego punktu widzenia to jednak pułapka – wyprodukowane w ten sposób paliwo w końcu zostanie spalone, a uwięziony w nim dwutlenek węgla błyskawicznie wróci do atmosfery.
Profesor Jingguang Chen i jego zespół postanowili podejść do problemu inaczej. Zamiast zamykać obieg, postanowili zmienić gaz w ciało stałe, a nie paliwo. Nanowłókna węglowe to niezwykle wytrzymały i doskonale przewodzący materiał, na który istnieje gigantyczne zapotrzebowanie w branży elektronicznej, a nawet w budownictwie (jako zbrojenie nowoczesnego betonu). Uwięziony w nich węgiel zostaje bezpiecznie zablokowany na długi czas.
Inżynieryjny hack. Jak oszukać termodynamikę?
Bezpośrednia zamiana CO₂ w stały węgiel jest z punktu widzenia termodynamiki procesem skrajnie trudnym i wymagającym absurdalnych ilości energii. Badacze obeszli ten problem, dzieląc proces na dwie sprytne ścieżki:
- Elektroliza z udziałem palladu i miedzi: w pierwszym kroku CO₂ i woda trafiają do elektrolizera. Prąd elektryczny rozbija je na tlenek węgla (CO) i wodór (H₂), tworząc tzw. gaz syntezowy. Kluczem jest tu bimetaliczny katalizator. Dodatek miedzi do drogiego palladu pozwala precyzyjnie kontrolować przebieg reakcji – hamuje powstawanie nadmiaru wodoru i wymusza produkcję tlenku węgla, który jest absolutnie niezbędny w dalszej fazie.
- Reaktor termochemiczny: powstały gaz trafia do reaktora, gdzie przy udziale stopu żelaza i kobaltu, w stosunkowo niskiej temperaturze (450°C) i przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym, wytrącają się stałe nanowłókna węglowe.
Efekt? Otrzymany materiał to nie są bezużyteczne węglowe odpady. To wysoce krystaliczne struktury o czystości rzędu 97%, co odpowiada dzisiejszym, rygorystycznym standardom komercyjnym dla branży elektronicznej.
Ostatnia przeszkoda przed przemysłem
Zanim jednak ten dwuetapowy proces opuści mury laboratoriów i trafi do fabryk, naukowcy muszą rozwiązać jeszcze jeden istotny problem inżynieryjny: odzysk katalizatora. Cząsteczki stopu żelaza i kobaltu lubią przyklejać się do rosnących nanowłókien. Efektywne i tanie oddzielanie tych metali bez niszczenia samej struktury węgla to obecnie główny cel zespołu badawczego.
Jeśli ten proces uda się zoptymalizować na dużą skalę, a do jego zasilenia użyjemy energii ze źródeł odnawialnych, zyskamy jedno z najciekawszych narzędzi do trwałego usuwania CO₂. Przestaniemy traktować dwutlenek węgla wyłącznie jako groźny odpad, a zaczniemy patrzeć na niego jak na potencjalne źródło cennego surowca do budowy nowoczesnej infrastruktury.
