To odkrycie zaskoczyło nawet samych badaczy. Katalizator zbudowany z miedzi, węgla i azotu umożliwia zamianę dwutlenek węgla w etanol. Wszystko dzięki zastosowaniu nanotechnologii.
Naukowcy z Wydziału Energii z Narodowego Laboratorium Oak Ridge w Stanach Zjednoczonych, opracowali elektromechaniczny proces, polegający na zamianie z użyciem niewielkich cząstek węgla i miedzi dwutlenku węgla na etanol. To nieoczekiwane odkrycie łączy dziedzinę nanoprodukcji z katalizą, czyli zjawiskiem przyspieszenia szybkości reakcji chemicznej dzięki dodaniu do układu niewielkiej ilości katalizatora.
- Odkryliśmy trochę przez przypadek, że ten materiał pracuje - powiedział Adam Rondinone, główny autor opracowania opublikowanego w czasopiśmie ChemistrySelect. - Próbowaliśmy uczyć się pierwszej części tej reakcji, gdy zdaliśmy sobie sprawę, że katalizator przeprowadza cały proces samodzielnie - dodał naukowiec.
Specjalny katalizator
Zespół używał katalizatora wykonanego z węgla, azotu i miedzi, do którego przyłożono napięcie elektryczne, by uruchomić skomplikowane reakcje chemiczne, odwracające proces spalania. Z pomocą katalizatora opartego na nanotechnologii, roztwór dwutlenku węgla rozpuszcza się w wodzie przekształconej w etanol z wydajnością wynoszącą 63 procent. Zazwyczaj ten rodzaj reakcji elektrochemicznej daje mieszankę różnych produktów, w małych ilościach.
- Bierzemy dwutlenek węgla, czyli produkt uboczny spalania i przeprowadzamy reakcję spalania od tyłu z dużą dokładnością, aby otrzymać przydatne paliwo - tłumaczył Rondinone. - Etanol był niespodzianką, to było bardzo trudne, aby z dwutlenku węgla przejść od razu do etanolu przy użyciu jednego katalizatora - dodał.
Innowacyjność tego katalizatora polega na jego nanoskalowej strukturze, składającej się z nanocząsteczek miedzi osadzonych w kolcach węgla. To nanoteksturowe podejście unika używania drogich i rzadkich metali, takich jak platyna, które ograniczają efektywność wielu katalizatorów.
Tanie i dostępne materiały
- Przy użyciu pospolitych materiałów, ale przy zaangażowaniu ich w nanotechnologię, zorientowaliśmy się jak ograniczyć reakcje uboczne i otrzymać jako wynik jedną, pożądaną rzecz - powiedział Rondidone.
Ze wstępnej analizy naukowców wynika, że ostra tekstura powierzchni katalizatora zapewnia wystarczająco dużo bocznych reakcji, ułatwiających przekształcenie dwutlenku węgla w etanol.
- Ostre krawędzie powierzchni katalizatora koncentrują reaktywność elektrochemiczną - tłumaczył autor opracowania.
Magazynowanie energii
Technika polegająca na tanich materiałach i zdolności do działania w temperaturze pokojowej w wodzie, może być wykorzystana na szerszą skalę w przemyśle. Na przykład, ten proces może być używany do przechowywania nadmiaru energii elektrycznej pochodzącej z elektrowni wiatrowych lub farm fotowoltaicznych. To pozwala przechowywać energię jako etanol i równoważyć jej dostarczanie z okresowych, odnawialnych źródeł energii.
Naukowcy planują dalsze badania w tej dziedzinie, aby polepszyć i usprawnić produkcję oraz poznać właściwości i zachowanie katalizatora.
Autor: AP/jap / Źródło: phys.org
Źródło zdjęcia głównego: ornl.gov