Globalną konwersję odpadów CO2 utrudnia ukryte wąskie gardło

HAMILTON, ON, 6 lutego 2024 r. – Pomyśl o tym jak o recyklingu w nanoskali: kuszącym procesie elektrochemicznym, który może wychwytywać dwutlenek węgla, zanim zamieni się on w zanieczyszczenie powietrza i przekształcić go w składniki produktów codziennego użytku.

Dążenie do wychwytywania unoszącego się w powietrzu dwutlenku węgla z odpadów przemysłowych i przekształcania go w paliwa i tworzywa sztuczne nabiera tempa po tym, jak zespół naukowców z Uniwersytetu McMaster we współpracy z ekspertami w dziedzinie chemii obliczeniowej na Duńskim Uniwersytecie Technicznym w Kopenhadze odkrył dokładnie, jak działa ten proces i gdzie jest to przeprowadzane. Bagna w dół.

Naukowcy postanowili rozwiązać problem, dlaczego materiały syntetyczne, które, jak wykazano, katalizują i przekształcają dwutlenek węgla, rozkładają się tak szybko, że proces ten jest niepraktyczny na skalę przemysłową.

Korzystając z niezwykle potężnego sprzętu powiększającego w Kanadyjskim Centrum Mikroskopii Elektronowej (CCEM), które mieści się na terenie kampusu Uniwersytetu McMaster, badaczom udało się uchwycić reakcję chemiczną w nanoskali – jednej miliardowej metra – co umożliwiło im badanie i zrozumienie proces konwersji. Jak katalizator rozkłada się w warunkach pracy?

Główny autor Ahmed Abdullah spędził lata na opracowywaniu technik umożliwiających monitorowanie procesu przy użyciu reaktora elektrochemicznego na tyle małego, że można go używać pod mikroskopem elektronowym w centrum.

„To dla nas ekscytujące, że po raz pierwszy ktokolwiek mógł przyjrzeć się kształtom i strukturom krystalicznym tych struktur, aby zobaczyć, jak ewoluują w nanoskali”, mówi Abdullah, były doktorant chemii. Laboratorium inżynieryjne Drew Higginsa A obecnie staż podoktorski w CCEM.

Higgins, autor korespondencyjny papierOpublikowana niedawno w czasopiśmie Nature Communications ma nadzieję, że nowe informacje ułatwią światowe wysiłki na rzecz ograniczenia zanieczyszczenia węglem poprzez wyciąganie dwutlenku węgla ze strumieni odpadów i zamiast tego recykling go w celu stworzenia użytecznych produktów, które można wytworzyć z paliw kopalnych.

„Odkryliśmy, że katalizatory przekształcające dwutlenek węgla w paliwa i chemikalia ulegają bardzo szybkiej restrukturyzacji w warunkach pracy” – mówi Higgins. „Ich struktura i właściwości zmieniają się na naszych oczach”. „To określa, jak skutecznie przekształcają dwutlenek węgla i jak długo działają. Katalizatory w końcu ulegają degradacji i przestają działać, a my chcemy wiedzieć, dlaczego to robią i jak to robią, abyśmy mogli opracować strategie poprawiające ich żywotność.”

Abdullah, Higgins i ich współpracownicy mają nadzieję, że oni i inni badacze na całym świecie będą mogli wykorzystać wyniki badań opisane w nowym artykule, aby wydłużyć trwałość materiałów reaktywnych i wydajniej katalizować proces, co umożliwi zwiększenie skali procesu laboratoryjnego. Do użytku komercyjnego.

Higgins wyjaśnia, że ​​branże takie jak produkcja cementu, browarnictwo i gorzelnia, a także rafinerie chemiczne wytwarzają duże ilości łatwo odzyskanego dwutlenku węgla, co czyni je prawdopodobnie pierwszymi celami, które wdrożą tę technologię, gdy zostanie ona ulepszona do punktu, w którym będzie opłacalna z komercyjnego punktu widzenia .

Inne mniej stężone formy dwutlenku węgla₂ Następne będą odpady przemysłowe.

Choć dziś jest to naciągane, Higgins twierdzi, że możliwe jest, że ta sama technologia stanie się na tyle wydajna i stabilna, że ​​będzie w stanie pobierać dwutlenek węgla z otaczającego powietrza jako „surowiec” do paliw i przydatnych chemikaliów.

„Nadal jesteśmy daleko, ale postęp w tej dziedzinie badań i rozwoju w ciągu ostatnich pięciu lat był bardzo szybki” – mówi Higgins. „Dziesięć lat temu ludzie nie pomyśleliby o tego typu konwersji, ale teraz zaczynamy widzieć obiecujące wyniki. Jednak wydajność i solidność nie są jeszcze wystarczająco wysokie. Po usunięciu tych wąskich gardeł pomysł ten może stać się rzeczywistością .”

Zdjęcia Ahmeda Abdullaha i Drew Hugginsa są dostępne tutaj. https://photos.app.goo.gl/wjp8333wHmpXAp8a7