Vorig jaar, mensen hebben ongeveer 37 miljard ton koolstofdioxide uitgestoten in de atmosfeer - een rampzalig en onhoudbaar cijfer. Om de ergste effecten van klimaatverandering te voorkomen, zouden we een deel van die koolstof, zoals die vrijkomt door energiecentrales, kunnen opvangen en permanent onder de grond opslaan. Nog steeds beter, een deel van dat afvalkooldioxide kan worden omgezet in bruikbare chemicaliën of brandstof.

Deze processen staan ​​respectievelijk bekend als "afvang en opslag van koolstof" en "gebruik van koolstofdioxide", en beide vereisen grote hoeveelheden grondstoffen. Als voorbeeld, koolstofafvang kan gepaard gaan met emissies over een bepaald metaal, die vervolgens reageert met (en dus vangt) de CO₂ voordat het wordt omgezet in een andere stof die kan worden opgeslagen of hergebruikt.

Om klimaatverandering tegen te gaan, de benodigde hoeveelheid metaal zou enorm zijn. Bijvoorbeeld, als 1 gram van een metaal, in een metaalkatalysator, zou 100 gram kooldioxide-emissies op basis van steenkool kunnen opvangen (een optimistisch scenario), ongeveer 1,5 miljoen ton van dit metaal zou de wereldwijde uitstoot met slechts 0,4% verminderen.

Dus, hoewel het belangrijk is om koolstof uit de atmosfeer te houden, even belangrijk is dat we het op een groene en duurzame manier doen. Als ooit grote hoeveelheden van een metaal worden gebruikt om de CO2-uitstoot aanzienlijk te verminderen, het moet een duurzame voorziening hebben, zodat de reserves niet uitgeput raken.

Helaas, veel technologieën lijken uiteindelijk onhoudbaar te zijn. Bijvoorbeeld, een recente studie door een team van Japanse wetenschappers, benadrukt door de Royal Society of Chemistry, beschreef hoe een katalysator op basis van het metaal rhenium kooldioxide omzet in koolmonoxide. Koolmonoxide is nuttig omdat het kan worden gebruikt om chemicaliën en brandstoffen zoals waterstof en methanol te vormen.

De katalysator is inderdaad extreem actief en kan in zeer lage concentraties met kooldioxide werken, maar het systeem is nog steeds niet ideaal. Rhenium is zeer zeldzaam:komt vooral voor in Chili en Kazachstan, het wordt geschat op een overvloed van minder dan 10 delen per miljard in de aardkorst (gelijk aan 0,0000001%). Om dat in het vooruitzicht te stellen, aluminium is 8 miljoen keer overvloediger en is goed voor ongeveer 8% van de aardkorst.

Rhenium zelf wordt meestal gebruikt om turbinebladen te maken in straalmotoren van vliegtuigen. Als dit metaal zou worden gebruikt om de klimaatverandering wereldwijd aan te pakken, grondstoffen zouden afnemen en de prijs ervan zou stijgen. Dit zou een domino-effect hebben op de industriële productie.

De lage overvloed betekent ook dat de productie van deze katalysator duur zou zijn. Het is daarom onwaarschijnlijk dat een wereldwijd bedrijfsmodel voor het wereldwijde gebruik van koolstofdioxide op basis van rhenium zou worden nagestreefd.

In een andere studie, een Amerikaans onderzoeksteam creëerde een rutheniumkatalysator die koolstofdioxide uit de lucht kon omzetten in de brandstofmethanol. Echter, ruthenium is ook ongelooflijk zeldzaam, en zou waarschijnlijk dezelfde beschikbaarheids- en kostenproblemen tegenkomen.

Duurzame kooldioxide-omzetting

Gelukkig, het is mogelijk om katalysatoren te ontwikkelen die duurzamer en milieuvriendelijker zijn. Dit sluit aan bij de principes van 'groene chemie' die al sinds de jaren negentig bestaan ​​en steeds sterker zijn geworden.

Ik ben een van de vele onderzoekers over de hele wereld die relatief veel, en dus duurzamer, metalen voor de omzetting van kooldioxide. Collega's en ik hebben onlangs een aluminiumkatalysator ontwikkeld, bijvoorbeeld. Het is logisch om aluminium te gebruiken, omdat het een van de meest voorkomende metalen in de aardkorst is en veelbelovend is gebleken voor het gebruik van koolstofdioxide.

Deze katalysator kan kooldioxide omzetten in cyclische carbonaten, commercieel waardevolle producten die worden gebruikt in batterijen, farmaceutica en polymeren. De katalysator kan ook worden "geregenereerd" zodra de reactiviteit is verdwenen en kan meerdere keren worden hergebruikt.

Overvloed versus reactiviteit

Maar het is niet altijd eenvoudig om meer overvloedige metalen te gebruiken en ik geef toe dat ik zelf heb geploeterd in het gebruik van minder duurzame metalen. Deze omvatten chroom, waarvan een giftige vorm het onderwerp was van de film "Erin Brockovich, " en platina, een ander metaal dat naar schatting minder dan 0,000001% van de aardkorst uitmaakt.

Ik heb deze schaarse metalen gebruikt omdat duurzaamheid niet altijd een vervanging is voor reactiviteit. Fundamentele chemische verschillen tussen zeldzame en overvloedige elementen betekenen dat eenvoudige vervanging niet noodzakelijkerwijs een katalysator zal creëren. Bijvoorbeeld, mijn collega's ontdekten dat chroom in sommige gevallen reactiever was dan aluminium bij de vorming van cyclische carbonaten.

Onderzoek naar zeldzame metalen is nog steeds een interessant gebied om te verkennen en zal leiden tot nieuwe chemische ontdekkingen die overvloedige metalen niet zouden kunnen produceren. De indrukwekkende katalytische activiteit van de rhenium- en rutheniumkatalysatoren mag niet worden genegeerd.

Het enorme probleem van klimaatverandering betekent echter dat we realistischer en bedachtzamer moeten zijn als het gaat om het ontwerpen van katalysatoren voor grootschalige industriële toepassingen. Dit is bepaald geen gemakkelijke prestatie.

Natuurlijk, alleen het gebruik van overvloedige natuurlijke materialen zal onze methoden niet noodzakelijk groener maken. Een echte evaluatie van duurzaamheid is moeilijk en omvat een complexe beoordeling van het hele proces, met inbegrip van factoren zoals gebruikte grondstoffen, benodigde energie, bedrijfskosten en koolstof bespaard.

uiteindelijk, we moeten zo snel mogelijk meer inspanningen richten op duurzame vermindering van de klimaatverandering. Zoals David Attenborough zei op de recente COP24-top in Polen:"Als we geen actie ondernemen, de ineenstorting van onze beschavingen, en het uitsterven van een groot deel van de natuurlijke wereld, ligt aan de horizon."

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.