Veel industriële processen stoten koolstofdioxide uit in de atmosfeer. Helaas, echter, huidige elektrochemische scheidingsmethoden zijn duur en verbruiken veel stroom. Ze vereisen ook dure en zeldzame metalen als katalysatoren. Een studie in het tijdschrift Angewandte Chemie beschrijft een nieuwe aerogel-elektrokatalysator gevormd uit een goedkope metaallegering, die een zeer efficiënte elektrochemische omzetting van kooldioxide mogelijk maakt. Het belangrijkste product is mierenzuur, wat een niet-toxische basische chemische stof is.

Het opvangen en chemisch fixeren van koolstofdioxide uit industriële processen zou een enorme stap zijn in de richting van koolstofneutraliteit. Om te voorkomen dat het beruchte broeikasgas in de lucht ontsnapt, het kan worden gecomprimeerd en opgeslagen. Een andere mogelijkheid is elektrochemische omzetting naar andere koolstofverbindingen.

Echter, vanwege het hoge stroomverbruik en de kosten van katalysatoren, elektrochemische scheidingsmethoden kunnen niet op industriële schaal worden gebruikt. Dit leidde tot Tianyi Ma van de Swinburne University of Technology in Hawthorn, Australië, en collega's om vervangende materialen te onderzoeken. De momenteel gebruikte elektrokatalysatoren zijn gemaakt van edele metalen zoals platina en renium. Ze katalyseren elektrochemische koolstoffixatieprocessen zeer efficiënt, maar ze zijn ook erg duur.

De auteurs ontdekten dat de onedele metalen tin en bismut aerogels kunnen vormen, dat zijn ongelooflijk lichte materialen met bijzonder veelbelovende katalysatoreigenschappen. Aerogels bevatten een ultraporeus netwerk dat het transport van elektrolyten bevordert. Ze bieden ook overvloedige locaties waar de elektrochemische processen kunnen plaatsvinden.

Om de aerogels te produceren, het team mengde een oplossing van bismut en tinzouten met een reductiemiddel en een stabilisator. Het eenvoudig roeren van dit mengsel leidde na zes uur bij kamertemperatuur tot een stabiele hydrogel van een bismut-tinlegering. Een eenvoudig vriesdroogproces produceerde de aerogel, gevormd uit losjes verweven en vertakte nanodraden.

De auteurs ontdekten dat de bimetalen aerogel uitstekend presteerde voor de omzetting van kooldioxide. Vergeleken met puur bismut, puur tin, of de niet-gevriesdroogde legering, een significant hogere stroomdichtheid werd waargenomen. De conversie vond plaats met een rendement van 93%, die minstens zo efficiënt was, zo niet meer, dan de standaard materialen die momenteel worden gebruikt, wijst op een afvalarm proces.

Het proces toonde "uitstekende selectiviteit en stabiliteit voor de productie van mierenzuur onder normale druk bij kamertemperatuur." De enige bijproducten waren koolmonoxide en waterstof gevormd in minuscule hoeveelheden. De auteurs leggen uit dat deze selectiviteit en stabiliteit het gevolg was van de energiecondities aan het oppervlak van de legering. Hier, de kooldioxidemoleculen accumuleren zodanig dat het koolstofatoom vrij is om waterstofatomen uit watermoleculen te binden. Dit geeft mierenzuur als het favoriete product.

Dit onderzoek wijst op positieve toekomstperspectieven voor andere combinaties van metalen. Het is waarschijnlijk dat andere niet-edele metalen in aerogels zouden veranderen, goedkoop vormen, niet giftig, en zeer efficiënte katalysatoren voor elektrochemische reductie van kooldioxide.