Suurin osa ilmastomuutoksen torjuntamenetelmistä liittyy kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseen: puhtaampien voimalaitosten keksiminen, vihreampien autojen suunnittelu. Sitten siellä on tutkijoiden leiri, joka keskittyy kaasujen poistamiseen ilmakehästä heti, kun ne on jo vapautettu.
Niin kutsuttu hiilidioksidin talteenotto on ollut kiistanalaista, usein hylätty epäkäytännölliseksi tai riittämättömäksi. Vaikka maailmanlaajuiset pyrkimykset päästöjen vähentämiseksi ovat osoittautuneet vaikeiksi ja joskus pettymysiksi, lähestymistapa näyttää yhä houkuttelevammalta.
Uusi keksintö, joka on saatu Kalifornian yliopiston Berkeleyn tutkijoilta, tarjoaa uudenlaisen otteen hiilidioksidin talteenotosta. Tutkijat ovat luoneet nanomateriaalin, joka tuhoaa hiilidioksidia jakamalla sen happea ja hiilimonoksidia.
Tutkijat ovat jo pitkään yrittäneet päästä eroon hiilidioksidista jakamalla sen molekyylin. Nämä pilkkomisyritykset voivat olla energiaintensiivisiä, mikä on ympäristötavoitteen vastaista. Joten tutkijat ovat käyttäneet erilaisia katalyyttejä reaktion nopeuttamiseksi vähentäen tarvittavaa sähkömäärää molekyylien jakamiseen. Monet tutkijat ovat keskittyneet porfyriineihin, rengasmaisiin orgaanisiin molekyyleihin saadakseen nämä reaktiot tapahtumaan. Vaikka porfyriineillä voi olla erilaisia atomeja keskuksissaan, tähän tarkoitukseen käytetään kobolttiporfyriinejä, jotka ovat erityisen katalyyttisesti aktiivisia. Kun nämä porfyriinit lisätään liuokseen, jossa on kaksi elektrodia, elektrolyytti ja hieman liuennut hiilidioksidi, porfyriinit vetoavat elektrolyyttiin. Tämä saa elektronit liikkumaan hiilidioksidiin jakamalla sen hiilimonoksidiksi ja hapeksi. Mutta tämä lähestymistapa ei ole ollut täydellinen. Porfyriinit rypistyvät yhteen ja menettävät tehokkuuden ajan myötä, ja prosessin toteuttamiseen käytetyt ratkaisut ovat itse ympäristölle kyseenalaisia.
Berkeleyn tutkijat näyttävät löytäneen uuden tavan käsitellä tätä luomalla huokoisen nanomateriaalin, joka yhdistää porfyriinit toisiinsa verkkomaisena aineena. Tätä kutsutaan kovalenttiseksi orgaaniseksi kehykseksi (COF). Hiilidioksidi imeytyy COF: n läpi jakautuen hiilimonoksidiksi ja hapeksi hyvin vähän lisättyä energiaa. Se toimii noin 60 kertaa tehokkaammin kuin hiilidioksidin jakaminen vapaasti kelluvilla porfyriineillä. Tutkimus raportoitiin Science- lehdessä.
Suurennettu kuva COF: stä (Science) Joten mitä voidaan tehdä prosessin luomalla hapolla ja hiilimonoksidilla?
"Hiilimonoksidi on tärkeä, koska se on yksi kemianteollisuuden raaka-aineista, joka valmistaa polttoaineita hiilimonoksidipohjaisiin", sanoo Christian Diercks, yksi tutkimuksen johtavista tutkijoista. "Ideana on periaatteessa käyttää jätettä hiilidioksidia ja muuttaa se polttoaineeksi."
Jatkossa tehtaat voisivat käyttää näiden nanomateriaalien arkkeja hiilidioksidia tuottavien alueiden, kuten savupiippujen, ympärillä, muuttamalla se suoraan polttoaineen hiilimonoksidiksi. Mutta tämä on pitkä tie tiellä.
"Jos haluat todella saada jotain hiilidioksidipäästöjen vähentämistä tapahtumaan laajassa mittakaavassa, mielestäni tarvitset aina hallituksen kannustimia", Diercks sanoo, "koska teollisuuden vie aina kauan uudenlaisten tällaisten ideoiden hakemiseen".
Toistaiseksi laboratorio on valmistanut materiaalia vain pieninä määrinä, 30 milligrammaa kerrallaan. Tuottaminen vie useita päiviä, joten prosessin on oltava tehokkaampaa, jotta se voidaan toteuttaa teollisella tasolla. Tutkijoiden seuraava askel on tutkia tapoja muuttaa hiilimonoksidi tehokkaammin polttoaineeksi.
