Forskare vid USA:s energidepartementets Brookhaven National Laboratory och University of North Carolina Chapel Hill har gjort ett betydande genombrott genom att utveckla en metod för att omvandla koldioxid (CO2) till metanol med hjälp av solenergi. Denna process sker vid rumstemperatur och normalt lufttryck, vilket markerar ett viktigt steg mot att omvandla en växthusgas till ett lättlagrat och transporterbart flytande bränsle.
Studien, som publicerats i Journal of the American Chemical Society, introducerar en innovativ kaskadreaktionsstrategi som liknar den katalysator som finns i naturlig fotosyntes. Genom att använda en återanvändbar organisk reaktant kan forskarna selektivt omvandla CO2 till metanol.
Flerstegstrategi
- Att omvandla CO2 till metanol är inte enkelt. Det liknar att bestiga ett mycket högt berg. Även om dalen på andra sidan är lägre, krävs det mycket energi för att komma dit, förklarar Javier Concepcion, senior kemist vid Brookhaven Lab och en av huvudförfattarna till studien.
I stället för att försöka klara av utmaningen i ett steg, använder teamet en flerstegsstrategi som passerar genom flera mellansteg som är lättare att nå.
- Tänk dig att bestiga flera mindre berg istället för ett stort – och göra det genom flera dalar, säger Concepcion.
Billiga molekyler
Forskargruppen utforskade reaktioner med en klass av katalysatorer kallade dihydrobenzimidazoler, organiska hydridmolekyler som kan "donera" två extra elektroner och en proton till andra molekyler. Dessa molekyler är billiga, deras egenskaper kan lätt manipuleras, och tidigare studier har visat att de kan återvinnas.
Forskningen delade omvandlingen av CO2 till metanol i två steg: fotokemisk reduktion av CO2 till kolmonoxid (CO), följt av sekventiella hydridöverföringar från dihydrobenzimidazoler för att omvandla CO till metanol.
Lång strävan
- Detta arbete kan ses som ett viktigt steg i användningen av förnybara organiska hydridkatalysatorer i den långa strävan efter katalytisk produktion av metanol från CO2 vid rumstemperatur, sade Gerald Meyer, medförfattare och direktör för CHASE.
Denna forskning, som stöds av Center for Hybrid Approaches in Solar Energy to Liquid Fuels (CHASE), ett Energy Innovation Hub finansierat av DOE Office of Science, erbjuder nya möjligheter för att utveckla koldioxidneutrala energicykler, särskilt om omvandlingen drivs med solenergi.
Källa: Science Daily