Nyt tilsætningsstof hjælper forskere mere selektivt med at omdanne CO2 til brændstoffer med flere kulstof

Kemikere har fundet ud af en ny, mere effektiv måde at skabe kulstofbaserede brændstoffer på fra kuldioxid (CO2). Ved kemiske reaktioner udført i laboratoriet, et Caltech -team har identificeret et nyt additiv, der hjælper selektivt med at omdanne CO2 til brændstoffer, der indeholder flere kulstofatomer - et skridt mod i sidste ende at lave vedvarende flydende brændstoffer, der ikke stammer fra kul eller olie.

"Resultaterne var ret chokerende, "siger Jonas Peters, Bren professor i kemi ved Caltech og direktør for Resnick Sustainability Institute, der sammen ledede forskningen i samarbejde med Theodor Agapie, professor i kemi ved Caltech. "Som regel, i denne type reaktioner med CO2, du ser mange biprodukter som metan og brint. I dette tilfælde, reaktionen var meget selektiv for de mere ønskelige brændstoffer, der indeholder flere carbonatomer - såsom ethylen, ethanol, og propanol. Vi oplevede en 80 procent konvertering til disse multi-carbon brændstofprodukter, med kun omkring 20 procent, der går ind i brint og metan. "

Brændstoffer med flere kulstofatomer er mere ønskelige, fordi de har tendens til at være flydende - og flydende brændstoffer lagrer mere energi pr. Volumen end gasformige. For eksempel, propanol, som er flydende og indeholder tre carbonatomer, lagrer mere energi end metan, som er en gas og kun har et carbonatom.

Målet for kemikere som Peters, Agapie, og deres kolleger, der arbejder på Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP), et amerikansk energidepartement (DOE) Energy Innovation Hub, er at kunstigt skabe multi-carbon flydende transportbrændstoffer ved hjælp af de vidt tilgængelige ingredienser i sollys, vand, og CO2. Den nye forskning, offentliggjort 21. juli i ACS Central Science , og finansieret af JCAP, er et skridt mod det mål.

Studiets forskning blev udført af postdoktorale Caltech-forskere Ruud Kortlever og Hsiang-Yun Chen og tidligere postdoc Zhiji Han.

For at finde den ideelle kombination til fremstilling af multi-carbon brændstoffer, teamet eksperimenterede med en blanding af forskellige kemikalier i laboratoriet. De brugte en vandig opløsning og en kobberelektrode, som tjente som både en katalysator og energikilde i stedet for solen. Gruppen tilføjede CO2 til opløsningen, samt en klasse af organiske molekyler kaldet N-substituerede arylpyridiniums, som dannede en meget tynd aflejring på elektroden. Denne film, af grunde, der ikke er forstået endnu, dramatisk forbedret brændstoffremstillingsreaktionen, selektiv fremstilling af de ønskelige kemikalier ethanol, ethylen, og propanol.

"Det er let at lave brint under disse forhold, så normalt ser vi meget af det, "siger Agapie." Men vi vil forkæle brintproduktionen og favorisere flydende brændstoffer med høj energi-densitet med kulstof-kulstofbindinger, hvilket er præcis, hvad vi får i vores eksperimenter. "

Et næste trin er at finde ud af, hvordan tilsætningsstofferne forbedrer reaktionen. Forskerne planlægger også at teste lignende tilsætningsstoffer for at se, om de yderligere kan forbedre selektiviteten for de ønskede brændstoffer. Ultimativt, disse oplysninger kan hjælpe med at føre til alternative brændstoffer fremstillet effektivt fra sollys, CO2, og vand - i stedet for olie.

"Naturen har lagret solenergi i form af olie over en lang periode med jordens historie via en proces, der tager millioner af år, "siger Peters." Kemikere vil gerne finde ud af, hvordan man gør dette meget hurtigere. "