Als de CO ₂ inhoud van de atmosfeer niet verder toeneemt, koolstofdioxide moet worden omgezet in iets anders. Echter, als CO ₂ is een zeer stabiel molecuul, dit kan alleen met behulp van speciale katalysatoren. Het grootste probleem met dergelijke katalysatoren was tot dusver hun gebrek aan stabiliteit:na een bepaalde tijd veel materialen verliezen hun katalytische eigenschappen.

Aan de TU Wenen, er wordt onderzoek gedaan naar een speciale klasse mineralen:de perovskieten, die tot nu toe zijn gebruikt voor zonnecellen, als anodematerialen of elektronische componenten in plaats van vanwege hun katalytische eigenschappen. Nu zijn wetenschappers van de TU Wien erin geslaagd een speciale perovskiet te produceren die uitstekend geschikt is als katalysator voor het omzetten van CO ₂ in andere nuttige stoffen, zoals synthetische brandstoffen. De nieuwe perovskietkatalysator is zeer stabiel en ook relatief goedkoop, dus het zou geschikt zijn voor industrieel gebruik.

Hoe de koolstofkringloop te sluiten?

"We zijn geïnteresseerd in de zogenaamde omgekeerde water-gasverschuivingsreactie, " zegt prof. Christoph Rameshan van het Institute of Materials Chemistry aan de TU Wien. "In dit proces, kooldioxide en waterstof worden omgezet in water en koolmonoxide. U kunt het koolmonoxide dan verder verwerken, bijvoorbeeld in methanol, andere chemische basismaterialen of zelfs in brandstof."

Deze reactie is niet nieuw, maar het is niet echt op industriële schaal geïmplementeerd voor CO ₂ gebruik. Het vindt plaats bij hoge temperaturen, wat er mede voor zorgt dat katalysatoren snel afbreken. Dit is vooral een probleem als het gaat om dure materialen, zoals die met zeldzame metalen.

Christoph Rameshan en zijn team hebben onderzocht hoe een materiaal uit de klasse van perovskieten specifiek voor deze reactie kan worden aangepast, en hij had succes:"We probeerden een paar dingen uit en kwamen uiteindelijk uit op een perovskiet gemaakt van kobalt, ijzer, calcium en neodymium dat uitstekende eigenschappen heeft, ' zegt Rameshan.

Atomen die door het kristal migreren

Door de kristalstructuur de perovskiet laat bepaalde atomen er doorheen migreren. Bijvoorbeeld, tijdens katalyse, kobaltatomen van de binnenkant van het materiaal reizen naar het oppervlak en vormen daar minuscule nanodeeltjes, die dan bijzonder chemisch actief zijn. Tegelijkertijd, zogenaamde zuurstofvacatures vormen - posities in het kristal waar een zuurstofatoom eigenlijk zou moeten zitten. Juist op deze vacante functies houdt CO ₂ moleculen kunnen bijzonder goed aanmeren, om vervolgens te worden gedissocieerd in zuurstof en koolmonoxide.

"We konden aantonen dat onze perovskiet aanzienlijk stabieler is dan andere katalysatoren, "zegt Christoph Rameshan. "Het heeft ook het voordeel dat het kan worden geregenereerd:als de katalytische activiteit na een bepaalde tijd afneemt, je kunt het met behulp van zuurstof eenvoudig in zijn oorspronkelijke staat herstellen en blijven gebruiken."

Uit de eerste beoordelingen blijkt dat de katalysator ook economisch veelbelovend is. "Het is duurder dan andere katalysatoren, maar slechts met ongeveer een factor drie, en het is veel duurzamer, " zegt Rameshan. "We willen nu proberen het neodymium te vervangen door iets anders, wat de kosten nog verder zou kunnen verlagen."

De industriële fabriek met ingebouwde brandstofproductie

theoretisch, je zou dergelijke technologieën kunnen gebruiken om CO . te krijgen ₂ uit de atmosfeer, maar daarvoor moet je eerst de kooldioxide concentreren, en dat kost behoorlijk wat energie. Het is daarom efficiënter om eerst CO . om te zetten ₂ waar het in grote hoeveelheden wordt geproduceerd, zoals in industriële installaties. "Je zou gewoon een extra reactor kunnen toevoegen aan bestaande installaties die nu veel CO . uitstoten ₂ , waarin de CO ₂ wordt eerst omgezet in CO en daarna verder verwerkt, ", zegt Christoph Rameshan. In plaats van het klimaat te schaden, zo'n industriële fabriek zou dan extra voordelen opleveren.