Planten zijn ongeëvenaard in hun vermogen om CO . af te vangen ₂ van de lucht, maar dit voordeel is tijdelijk, als overgebleven gewassen koolstof terug in de atmosfeer afgeven, meestal door ontbinding. Onderzoekers hebben een meer permanente, en zelfs nuttig, lot voor deze gevangen koolstof door planten te veranderen in een waardevol industrieel materiaal genaamd siliciumcarbide (SiC), wat een strategie biedt om een ​​atmosferisch broeikasgas om te zetten in een economisch en industrieel waardevol materiaal.

In een nieuwe studie, gepubliceerd in het tijdschrift RSC-vooruitgang op 27 april 2021, wetenschappers van het Salk Institute transformeerden tabak en maïskolven in SiC en kwantificeerden het proces met meer detail dan ooit tevoren. Deze bevindingen zijn cruciaal om onderzoekers te helpen, zoals leden van Salk's Harnessing Plants Initiative, strategieën voor koolstofvastlegging evalueren en kwantificeren om mogelijk klimaatverandering als CO . te verminderen ₂ niveaus blijven stijgen tot ongekende niveaus.

"De studie biedt een zeer nauwkeurige beschrijving van hoe je deze waardevolle stof maakt en hoeveel koolstofatomen je uit de atmosfeer hebt gehaald. En met dat aantal, je kunt gaan extrapoleren welke rol planten kunnen spelen bij het verminderen van broeikasgassen en tegelijkertijd een industrieel bijproduct omzetten, CO ₂ , in waardevolle materialen door gebruik te maken van natuurlijke systemen zoals fotosynthese, " zegt co-corresponderende auteur en Salk Professor Joseph Noel.

SiC, ook wel carborundum genoemd, is een ultrahard materiaal dat wordt gebruikt in keramiek, schuurpapier, halfgeleiders en leds. Het Salk-team gebruikte een eerder gerapporteerde methode om plantmateriaal in drie fasen om te zetten in SiC door bij elke stap koolstofatomen te tellen:de onderzoekers verbouwden tabak, gekozen vanwege het korte groeiseizoen, uit zaad. Vervolgens bevroor en vermaalden ze de geoogste planten tot een poeder en behandelden ze met verschillende chemicaliën, waaronder een siliciumbevattende verbinding. In de derde en laatste fase de poedervormige planten werden versteend (veranderd in een steenachtige substantie) om SiC te maken, een proces waarbij het materiaal wordt verwarmd tot 1600 C.

"Het lonende was dat we konden aantonen hoeveel koolstof kan worden vastgelegd uit landbouwafvalproducten zoals maïskolven, terwijl we een waardevolle, groen materiaal dat doorgaans wordt geproduceerd uit fossiele brandstoffen, " zegt eerste auteur Suzanne Thomas, een Salk stafonderzoeker.

Door elementaire analyse van de plantenpoeders, de auteurs maten een 50, 000-voudige toename van gesekwestreerde koolstof van zaad tot in het laboratorium gekweekte plant, het demonstreren van de efficiëntie van planten bij het naar beneden halen van atmosferische koolstof. Bij verhitting tot hoge temperaturen voor verstening, het plantenmateriaal verliest wat koolstof als een verscheidenheid aan afbraakproducten, maar behoudt uiteindelijk ongeveer 14 procent van de door de plant vastgelegde koolstof.

De onderzoekers berekenden dat het proces om 1,8 g SiC te maken ongeveer 177 kW/h energie vergde, waarbij het grootste deel van die energie (70 procent) wordt gebruikt voor de oven in de versteningsstap. De auteurs merken op dat de huidige productieprocessen voor SiC vergelijkbare energiekosten met zich meebrengen. Dus hoewel de benodigde productie-energie betekent dat het plant-to-SiC-proces niet CO2-neutraal is, het team suggereert dat nieuwe technologieën die door bedrijven voor hernieuwbare energie zijn gecreëerd, de energiekosten kunnen verlagen.

"Dit is een stap in de richting van het maken van SiC in een milieuvriendelijke benadering, ", zegt co-corresponderende auteur en Salk gastwetenschapper James La Clair.

Volgende, het team hoopt dit proces te verkennen met een grotere verscheidenheid aan planten, met name planten zoals paardestaart of bamboe, die van nature grote hoeveelheden silicium bevatten.