کاتالیزور جدید نوار نقاله‌ای از برق برای تبدیل CO2 به متان و پلاستیک استفاده می‌کند
همکاری بین محققان دانشگاه بن در آلمان و دانشگاه مونترال در کانادا منجر به توسعه یک ماده کاتالیزوری نوآورانه شده است که می‌تواند به سنتز مستقیم متان از دی‌اکسید کربن (CO2) با استفاده از برق کمک کند.
با اینکه کشورها به دنبال کاهش گازهای گلخانه‌ای کربنی خود در آینده هستند، تغییرات آب و هوایی ناشی از گاز دی‌اکسید کربن در جو همچنان مسئله‌ای است که باید مقابله شود.
از آنجا که CO2 می‌تواند از جو جذب شود و یک مولکول نسبتاً ساده برای کار است، محققان راه‌هایی را نیز توسعه داده‌اند که می‌توان آن را به محصولات مفیدی مانند سوخت یا مواد اولیه برای برنامه‌های دیگر تبدیل کرد. متان یکی از این مولکول‌های مواد اولیه است که می‌توان از CO2 تولید کرد.
متان‌سازی CO2
هر دو CO2 و متان (CH4) دارای یک اتم کربن مرکزی هستند و تبدیل CO2 به دومی نیاز به برداشتن اتم‌های اکسیژن و جایگزینی آنها با اتم‌های هیدروژن دارد.
این فرآیند قبلاً با استفاده از دماهای بالای 600 فارنهایت (320 درجه سانتی‌گراد) به دست آمده بود. با این حال، این نیاز به استفاده از سوخت‌های فسیلی دارد که CO2 را به هوا آزاد می‌کند، که هدف این تمرین را شکست می‌دهد.
تیمی از محققان به رهبری نیکلای کورنینکو، استاد دانشگاه بن، به برق برای قدرت دادن به واکنشی بین CO2 و آب که می‌تواند متان تولید کند، متکی شدند.
کورنینکو در بیانیه‌ای گفت: «با استفاده از برق دوستدار محیط زیست، می‌توانیم متانی تولید کنیم که به گرمایش زمین کمک نکند.»
کاتالیزور جدید برای متان
کورنینکو افزود: «تولید متان چالش‌برانگیز است زیرا لازم است واکنشی بین گاز و یک مایع صورت گیرد.» تیم او از الکترود دیفوزیونی گازی برای حذف اکسیژن از CO2 و جایگزین کردن آن با اتم‌های هیدروژن حاصل از آب استفاده کردند.
مشکل این روش این است که در حالی که آب یک شریک واکنش است، به راحتی به اتم‌های هیدروژن و اکسیژن تقسیم می‌شود؛ وقتی این اتفاق می‌افتد، تولید متان متوقف می‌شود، بنابراین تیم تحقیقاتی باید مطمئن می‌شدند که آب به الکترود تماس پیدا نمی‌کند.
برای دستیابی به این هدف، تیم تحقیقاتی یک کاتالیزور نوآورانه تولید کردند که هنگامی که بر روی الکترود رسوب می‌کند، اطمینان حاصل می‌کند که همه دی‌اکسید کربن راحت‌تر واکنش داده و متان تولید می‌کند. درون کاتالیزور «مرکز‌های فعال» وجود دارند که پیوندها بین اتم‌های کربن و اکسیژن در CO2 را ضعیف می‌کنند.
برای اطمینان از اینکه تنها اتم‌های هیدروژن در مرحله بعدی اکسیژن را جایگزین می‌کنند، محققان زنجیره‌های مولکولی بلند را به مرکز فعال متصل کردند که مولکول‌های آب را دفع می‌کنند.
علاوه بر دور نگه داشتن مولکول‌های آب، این زنجیره‌های جانبی به عنوان نوار نقاله عمل کرده و اتم‌های هیدروژن را از آب گرفته و به مرکز فعال منتقل می‌کنند و به تولید متان کمک می‌کنند.
هنگام استفاده از ماده کاتالیزوری جدید، محققان به کارایی 80 درصدی تولید متان بدون واکنش‌های جانبی ناشی از شکافت آب دست یافتند. با این حال، تیم تحقیقاتی نمی‌گوید که این ماده باید برای تولید متان در مقیاس بزرگ استفاده شود.
کورنینکو در یک خبر مطبوعاتی افزود: «اصول واکنشی که با این کاتالیزور به دست آورده‌ایم می‌توانند در دیگر مواد کاتالیزوری برای استفاده در برنامه‌های فنی بزرگ پیاده‌سازی شوند.»
کاربردهای بالقوه این فناوری می‌تواند شامل تولید اتیلن باشد، که نقطه شروع برای تولید پلاستیک است. بنابراین، کاتالیزور می‌تواند تولید پلاستیک را بیشتر دوستدار محیط زیست کند.
یافته‌های تحقیقاتی امروز در Nature Chemistry منتشر شدند.
