Chemici hebben een nieuwe, efficiëntere manier om op koolstof gebaseerde brandstoffen te maken uit koolstofdioxide (CO2). Bij chemische reacties die in het laboratorium worden uitgevoerd, een Caltech-team heeft een nieuw additief geïdentificeerd dat helpt bij het selectief omzetten van CO2 in brandstoffen met meerdere koolstofatomen - een stap in de richting van uiteindelijk het maken van hernieuwbare vloeibare brandstoffen die niet zijn afgeleid van steenkool of olie.

"De resultaten waren behoorlijk schokkend, " zegt Jonas Peters, Bren Professor of Chemistry bij Caltech en directeur van het Resnick Sustainability Institute, die samen met Theodor Agapie het onderzoek leidde, hoogleraar scheikunde aan Caltech. "Gebruikelijk, bij dit soort reacties met CO2, je ziet veel bijproducten zoals methaan en waterstof. In dit geval, de reactie was zeer selectief voor de meer wenselijke brandstoffen die meerdere koolstofatomen bevatten, zoals ethyleen, ethanol, en propanol. We zagen een conversie van 80 procent naar deze multi-koolstofbrandstofproducten, met slechts 20 procent of zo in waterstof en methaan."

Brandstoffen met meerdere koolstofatomen zijn wenselijker omdat ze meestal vloeibaar zijn - en vloeibare brandstoffen slaan meer energie per volume op dan gasvormige brandstoffen. Bijvoorbeeld, propanol, die vloeibaar is en drie koolstofatomen bevat, slaat meer energie op dan methaan, wat een gas is en maar één koolstofatoom heeft.

Het doel van chemici als Peters, agapie, en hun collega's die werken bij het Joint Centre for Artificial Photosynthesis (JCAP), een energie-innovatiehub van het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE), is het kunstmatig creëren van vloeibare transportbrandstoffen met meerdere koolstofatomen met behulp van de algemeen beschikbare ingrediënten van zonlicht, water, en CO2. Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd op 21 juli in de ACS Centrale Wetenschap , en gefinancierd door JCAP, is een stap in de richting van dat doel.

Het onderzoek van het onderzoek is uitgevoerd door Caltech-postdoctoraal onderzoekers Ruud Kortlever en Hsiang-Yun Chen en voormalig postdoc Zhiji Han.

Om de ideale combinatie te vinden voor het maken van de multi-koolstofbrandstoffen, het team experimenteerde in het laboratorium met een mix van verschillende chemicaliën. Ze gebruikten een waterige oplossing en een koperelektrode, die diende als zowel een katalysator als een energiebron in plaats van de zon. De groep voegde CO2 toe aan de oplossing, evenals een klasse van organische moleculen genaamd N-gesubstitueerde arylpyridiniums, die een zeer dunne afzetting op de elektrode vormde. Deze film, om redenen die nog niet worden begrepen, drastisch verbeterde de brandstof makende reactie, selectief produceren van de gewenste chemicaliën ethanol, ethyleen, en propanol.

"Onder deze omstandigheden is het gemakkelijk om waterstof te maken, dus meestal zien we er veel van, "zegt Agapie. "Maar we willen de waterstofproductie afkeuren en de voorkeur geven aan vloeibare brandstoffen met een hoge energiedichtheid en koolstof-koolstofbindingen, dat is precies wat we krijgen in onze experimenten."

Een volgende stap is om erachter te komen hoe de additieven de reactie versterken. De onderzoekers zijn ook van plan om soortgelijke additieven te testen om te zien of ze de selectiviteit voor de gewenste brandstoffen verder kunnen verbeteren. uiteindelijk, deze informatie kan leiden tot alternatieve brandstoffen die efficiënt zijn gemaakt van zonlicht, CO2, en water - in plaats van olie.

"De natuur heeft zonne-energie opgeslagen in de vorm van olie gedurende een lange periode van de geschiedenis van de aarde via een proces dat miljoenen jaren duurt, ", zegt Peters. "Chemici zouden graag willen weten hoe ze dit veel sneller kunnen doen."