In plaats van energiecentrales en de industrie toe te staan ​​koolstofdioxide in de atmosfeer te gooien, aankomend Rice University-assistent-professor Haotian Wang heeft een plan om het broeikasgas op een groene manier om te zetten in bruikbare producten.

Wang, die zich eind dit jaar bij Rice zal voegen als William Marsh Rice Trustee Chair en assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering, en zijn collega's hebben kleine reactoren gemaakt waarmee enkele nikkelatomen industriële broeikasgassen kunnen katalyseren tot koolmonoxide, een industriële grondstof.

Momenteel een fellow aan het Rowland Institute in Harvard, Wang en zijn team verbeterden hun systeem om hernieuwbare elektriciteit te gebruiken om kooldioxide om te zetten in koolmonoxide, een belangrijke reactant in een aantal industriële processen. Het systeem wordt beschreven in een paper in Joule , een Cell Press-journaal.

"Het meest veelbelovende idee is misschien om deze apparaten te verbinden met kolengestookte elektriciteitscentrales of een andere industrie die veel koolstofdioxide produceert, Wang zei. "Ongeveer 20 procent van die gassen zijn koolstofdioxide, dus als je ze in deze cel kunt pompen... en combineren met schone elektriciteit, dan kunnen we mogelijk op een duurzame manier bruikbare chemicaliën uit dit afval produceren, en zelfs een deel van die koolstofdioxidecyclus sluiten."

Het nieuwe systeem, Wang zei, vertegenwoordigt een dramatische stap voorwaarts van degene die hij en zijn collega's voor het eerst beschreven in een paper uit 2017 in Chemo .

Dat systeem was nauwelijks zo groot als een mobiele telefoon en vertrouwde op twee met elektrolyt gevulde kamers, die elk een elektrode bevatten. Het nieuwe systeem is goedkoper en vertrouwt op hoge concentraties kooldioxidegas en waterdamp om efficiënter te werken - slechts één cel van 10 bij 10 centimeter, Wang zei, kan maar liefst vier liter koolmonoxide per uur produceren.

Het nieuwe systeem, Wang zei, richt zich op de twee belangrijkste uitdagingen – kosten en schaalbaarheid – die de aanvankelijke aanpak als beperkend beschouwden.

"In dat eerdere werk we hadden de enkelvoudige nikkelatoomkatalysatoren ontdekt die zeer selectief zijn voor het reduceren van kooldioxide tot koolmonoxide … maar een van de uitdagingen waarmee we werden geconfronteerd was dat de materialen duur waren om te synthetiseren, Wang zei. "De drager die we gebruikten om enkele nikkelatomen te verankeren, was gebaseerd op grafeen, waardoor het erg moeilijk was om op te schalen als je het in de toekomst op gram- of zelfs kilogramschaal wilde produceren voor praktisch gebruik."

Om dat probleem aan te pakken, hij zei, zijn team wendde zich tot een commercieel product dat duizenden keren goedkoper is dan grafeen als alternatieve drager:carbon black.

Met behulp van een proces vergelijkbaar met elektrostatische aantrekking, Wang en collega's zijn in staat om enkele nikkelatomen (positief geladen) te absorberen in defecten (negatief geladen) in koolstofzwart-nanodeeltjes, waarbij het resulterende materiaal zowel goedkoop als zeer selectief is voor de reductie van kooldioxide.

"Direct, het beste wat we kunnen produceren is gram, maar voorheen konden we alleen milligrammen per batch produceren, " zei Wang. "Maar dit wordt alleen beperkt door de syntheseapparatuur die we hebben; als je een grotere tank had, je zou kilo's of zelfs tonnen van deze katalysator kunnen maken."

Vooruit gaan, Wang zei, het systeem heeft nog uitdagingen te overwinnen, vooral in verband met stabiliteit.

"Als je dit wilt gebruiken om een ​​economische of ecologische impact te maken, het moet een continue werking hebben van duizenden uren, "zei hij. "Op dit moment, we kunnen dit tientallen uren doen, dus er is nog een groot gat, maar ik geloof dat die problemen kunnen worden aangepakt met een meer gedetailleerde analyse van zowel de koolstofdioxidereductiekatalysator als de wateroxidatiekatalysator."

uiteindelijk, Wang zei, de dag kan komen dat de industrie in staat zal zijn om de kooldioxide die nu in de atmosfeer vrijkomt op te vangen en om te zetten in bruikbare producten.

"Koolmonoxide is geen bijzonder hoogwaardig chemisch product, Wang zei. "Om meer mogelijkheden te verkennen, mijn groep heeft ook verschillende op koper gebaseerde katalysatoren ontwikkeld die koolstofdioxide verder kunnen reduceren tot producten die veel waardevoller zijn."