Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν ανέπτυξαν μία καινοτόμο μέθοδο για τη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα και τη μετατροπή του σε ένα πολύτιμο δομικό στοιχείο που μπορεί να χρησιμεύσει ως πρόδρομη ύλη για την παραγωγή τσιμέντου.
Επικεφαλής της έρευνας είναι ο χημικός Charles McCrory σύμφωνα με τον οποίο η μελέτη «δείχνει πώς μπορούμε να πάρουμε το διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο όλοι γνωρίζουν ότι είναι ένα προϊόν αποβλήτων που έχει μικρή έως μηδενική αξία, και να το ανακυκλώσουμε σε κάτι που είναι πολύτιμο», όπως αναφέρεται σε σχετική ανακοίνωση.
Η έρευνα αποτελεί προϊόν της συνεργασίας του McCrory με το Κέντρο για το ερευνητικό, διεπιστημονικό κέντρο 4C, στο οποίο μετέχουν 12 Πανεπιστημιακά Ιδρύματα και δύο αμερικανικά εργαστήρια.
Με επικεφαλής την Jenny Yang στο UC Irvine, το 4C επικεντρώνεται στη μετατροπή του δεσμευθέντος διοξειδίου του άνθρακα σε πολύτιμα καύσιμα και βιομηχανικά υλικά.
Οι επιστήμονες εστίασαν στο τσιμέντο που παρασκευάζεται από ασβεστόλιθο και ορυκτά πλούσια σε ασβέστιο. Η παραγωγή του είναι ιδιαίτερα ενεργοβόρα και συμβάλλει σημαντικά στις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα.
Η λύση τους περιελάμβανε οξαλικά μέταλλα, τα οποία είναι απλά άλατα που μπορούν να λειτουργήσουν ως πρόδρομες ενώσεις του τσιμέντου. Προηγούμενες μελέτες είχαν δείξει ότι ο μόλυβδος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως καταλύτης για τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε οξαλικά μέταλλα. Ωστόσο, η διαδικασία αυτή απαιτούσε μεγάλες ποσότητες μολύβδου, οι οποίες δημιουργούσαν σοβαρές ανησυχίες για το περιβάλλον και την υγεία.
«Τα μεταλλικά οξαλικά άλατα αντιπροσωπεύουν ένα ανεξερεύνητο σύνορο – χρησιμεύουν ως εναλλακτικά τσιμεντοειδή υλικά, πρόδρομες ουσίες σύνθεσης και ακόμη και ως λύσεις αποθήκευσης διοξειδίου του άνθρακα», δήλωσε ο Jesús Velázquez, συν-επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης και αναπληρωτής καθηγητής χημείας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Ντέιβις.
Χρησιμοποιώντας ειδικά σχεδιασμένα πολυμερή για τον έλεγχο του άμεσου περιβάλλοντος γύρω από τον καταλύτη μολύβδου, η ομάδα 4C μείωσε την απαιτούμενη ποσότητα μολύβδου σε επίπεδα παρόμοια με τις φυσικές προσμίξεις που υπάρχουν ήδη σε πολλά εμπορικά υλικά με βάση τον άνθρακα.
«Οι καταλύτες συχνά ανακαλύπτονται τυχαία και οι επιτυχημένες βιομηχανικές συνθέσεις είναι συχνά πολύ περίπλοκες. Αυτοί οι καταλύτες κοκτέιλ ανακαλύπτονται εμπειρικά μέσω δοκιμής και λάθους», ανέφερε η Αναστασία Αλεξάντροβα, συν-επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης και καθηγήτρια χημείας και επιστήμης υλικών στο UCLA.
Η διαδικασία λειτουργεί με τη χρήση ενός συνόλου ηλεκτροδίων. Σε ένα ηλεκτρόδιο, το διοξείδιο του άνθρακα μετατρέπεται σε οξαλικά ιόντα που διαλύονται στο διάλυμα. Στο άλλο, ένα μεταλλικό ηλεκτρόδιο απελευθερώνει ιόντα που συνδυάζονται με το οξαλικό και σχηματίζουν στερεά μεταλλικά οξαλικά άλατα. Αυτά τα στερεά μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν ως πρόδρομες ουσίες για την παραγωγή καθαρότερου τσιμέντου.
Μάλιστα, σύμφωνα με τον McCrory μόλις το διοξείδιο του άνθρακα μετατραπεί σε στερεό οξαλικό μέταλλο, παραμένει σταθερό και δεν θα επανέλθει σε διοξείδιο του άνθρακα υπό κανονικές συνθήκες. Προσθέτει ότι ένα μέρος της διαδικασίας -η ηλεκτρόλυση του διοξειδίου του άνθρακα- αναπτύσσεται ήδη σε κλίμακα. Η επόμενη πρόκληση είναι να βρεθεί τρόπος να επεκταθεί το στάδιο που παράγει το στερεό οξαλικό μέταλλο.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Advanced Energy Materials.
