De duizenden tonnen koolstofdioxide (CO2) die jaarlijks door elektriciteitscentrales worden uitgestoten, hoeven niet in de atmosfeer terecht te komen. Onderzoekers zijn optimistisch dat we binnen het komende decennium in staat zullen zijn om CO2-afval op een betaalbare manier af te vangen en om te zetten in bruikbare moleculen voor grondstof, biobrandstoffen, geneesmiddelen, of hernieuwbare brandstoffen. Op 29 maart in het journaal Joule , een team van Canadese en Amerikaanse wetenschappers beschrijft hun visie op wat we moeten maken met CO2 en hoe we het kunnen maken.

"Vergelijkbaar met hoe een plant koolstofdioxide opneemt, zonlicht, en water om suikers voor zichzelf te maken, we zijn geïnteresseerd in het gebruik van technologie om energie uit de zon of andere hernieuwbare bronnen te halen om CO2 om te zetten in kleine bouwsteenmoleculen die vervolgens kunnen worden opgewaardeerd met behulp van traditionele chemische middelen voor commercieel gebruik, " zegt Phil De Luna, een promovendus in de materiaalkunde. "We halen inspiratie uit de natuur en doen het sneller en efficiënter."

De Luna is eerste auteur op het papier samen met postdoctoraal fellow Oleksandr Bushuyev, beiden zijn lid van het Edward Sargent Lab aan de Universiteit van Toronto. sergeant, de senior auteur, is een professor in de afdeling Electrical and Computer Engineering.

Hun analyse identificeerde een reeks mogelijke kleine moleculen die economisch zinvol zijn en kunnen worden gemaakt door opgevangen CO2 om te zetten. Voor de behoefte aan energieopslag, waterstof, methaan, en ethaan zou kunnen worden gebruikt in biobrandstoffen. Aanvullend, ethyleen en ethanol zouden kunnen dienen als bouwstenen voor een reeks consumptiegoederen, en van CO2 afgeleid mierenzuur kan worden gebruikt door de farmaceutische industrie of als brandstof in brandstofcellen.

Terwijl de huidige technologieën die CO2-afval kunnen opvangen nog in de kinderschoenen staan, met nieuwe start-ups die momenteel strategieën ontwikkelen voor commercieel gebruik, de onderzoekers voorzien dat de komende decennia grote verbeteringen zullen brengen om CO2-afvang en -conversie te realiseren. Binnen 5 tot 10 jaar, elektrokatalyse - die chemische reacties stimuleert door middel van elektriciteit - zou een manier kunnen zijn om in dit proces te komen. En over 50 jaar of meer, moleculaire machines of nanotechnologie zouden de conversie kunnen stimuleren.

"Dit is nog steeds technologie voor de toekomst, " zegt Bushuyev, "maar het is theoretisch mogelijk en haalbaar, en we zijn enthousiast over de opschaling en implementatie ervan. Als we hieraan blijven werken, het is een kwestie van tijd voordat we elektriciteitscentrales hebben waar CO2 wordt uitgestoten, gevangen genomen, en bekeerd."

De auteurs zijn zich bewust van de beperkingen van het afvangen en omzetten van koolstof. Eerst, het is bekritiseerd omdat het economisch niet haalbaar is, vooral vanwege de kosten van elektriciteit om deze chemische reacties te laten plaatsvinden, maar dit zal waarschijnlijk afnemen naarmate hernieuwbare energie in de loop van de tijd wijdverbreid wordt. Tweede, er zijn maar weinig fabrieken met een hoge ecologische voetafdruk die pure CO2 uitstoten die nodig is voor conversie, maar technologie die kan helpen bij dit probleem is in ontwikkeling.

"De motivatie om dit stuk te schrijven is dat we helder inzicht wilden hebben of dit economisch haalbaar zou kunnen zijn, en of het de tijd waard is om erin te investeren, De Luna zegt. "Dit artikel schetst een pad voor wat we de komende decennia kunnen doen met de omzetting van kooldioxide."

Veel inzichten voor de analyse zijn ontwikkeld in samenwerking met Ling Tao, Geneviève Saur, en Jao van de Lagemaat van het Amerikaanse National Renewable Energy Laboratory.