Ingenieurs van de Universiteit van Cincinnati ontwikkelen nieuwe manieren om broeikasgassen om te zetten in brandstof om klimaatverandering aan te pakken en astronauten van Mars naar huis te krijgen.

UC College of Engineering and Applied Science assistent-professor Jingjie Wu en zijn studenten gebruikten een koolstofkatalysator in een reactor om koolstofdioxide om te zetten in methaan. Bekend als de "Sabatier-reactie" van de overleden Franse chemicus Paul Sabatier, het is een proces dat het internationale ruimtestation gebruikt om de koolstofdioxide uit de lucht te schrobben die de astronauten inademen en om raketbrandstof te genereren om het station in een hoge baan om de aarde te houden.

Maar Wu denkt veel groter.

De atmosfeer van Mars bestaat bijna volledig uit koolstofdioxide. Astronauten kunnen de helft van de brandstof besparen die ze nodig hebben voor een terugreis door te maken wat ze nodig hebben op de rode planeet zodra ze aankomen, zei Wu.

"Het is net een benzinestation op Mars. Je zou gemakkelijk koolstofdioxide door deze reactor kunnen pompen en methaan produceren voor een raket, ' zei Wu.

UC's studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie met medewerkers van Rice University, Shanghai University en East China University of Science and Technology.

Wu begon zijn carrière in de chemische technologie door brandstofcellen voor elektrische voertuigen te bestuderen, maar begon ongeveer 10 jaar geleden in zijn laboratorium voor chemische technologie te kijken naar de omzetting van kooldioxide.

"Ik realiseerde me dat broeikasgassen een groot probleem zouden worden in de samenleving, " Wu zei. "Veel landen realiseerden zich dat kooldioxide een groot probleem is voor de duurzame ontwikkeling van onze samenleving. Daarom denk ik dat we CO2-neutraliteit moeten bereiken."

De Biden-administratie heeft zich tot doel gesteld om tegen 2030 een vermindering van 50% van de uitstoot van broeikasgassen te bereiken en tegen 2050 een economie die afhankelijk is van hernieuwbare energie.

"Dat betekent dat we koolstofdioxide moeten recyclen, ' zei Wu.

Wu en zijn studenten, waaronder hoofdauteur en UC-promovendus Tianyu Zhang, experimenteren met verschillende katalysatoren zoals grafeen quantum dots - koolstoflagen van slechts nanometer groot - die de opbrengst van methaan kunnen verhogen.

Wu zei dat het proces veelbelovend is om de klimaatverandering te helpen verminderen. Maar het heeft ook een groot commercieel voordeel omdat het brandstof als bijproduct produceert.

"Het proces is 100 keer productiever dan het slechts 10 jaar geleden was. Je kunt je dus voorstellen dat er steeds sneller vooruitgang zal komen, " zei Wu. "In de komende 10 jaar, we zullen veel startende bedrijven hebben om deze techniek te commercialiseren."

De studenten van Wu gebruiken verschillende katalysatoren om niet alleen methaan maar ook ethyleen te produceren. De belangrijkste chemische stof ter wereld genoemd, ethyleen wordt gebruikt bij de vervaardiging van kunststoffen, rubber, synthetische kleding en andere producten.

"Groene energie wordt heel belangrijk. In de toekomst zal het zal een enorme markt vertegenwoordigen. Dus ik wilde eraan werken, ' zei Zhang.

Het synthetiseren van brandstof uit kooldioxide wordt nog commercieel haalbaarder in combinatie met hernieuwbare energie zoals zonne- of windenergie, zei Wu.

"Op dit moment hebben we overtollige groene energie die we gewoon weggooien. Deze overtollige hernieuwbare energie kunnen we opslaan in chemicaliën, " hij zei.

Het proces is schaalbaar voor gebruik in energiecentrales die tonnen koolstofdioxide kunnen genereren. En het is efficiënt omdat de omzetting precies daar kan plaatsvinden waar overtollig koolstofdioxide wordt geproduceerd.

Wu zei dat de vooruitgang in de brandstofproductie uit koolstofdioxide hem meer vertrouwen geeft dat mensen tijdens zijn leven voet op Mars zullen zetten.

"Als je nu terug wilt komen van Mars, je zou twee keer zoveel brandstof moeten meenemen, wat erg zwaar is, "zei hij. "En in de toekomst, je hebt andere brandstoffen nodig. We kunnen dus methanol maken uit koolstofdioxide en deze gebruiken om andere downstream-materialen te produceren. Dan zouden we misschien ooit op Mars kunnen leven."