Varme elektroner sender kuldioxid tilbage til fremtiden

Atmosfærisk kuldioxid (CO ₂ ) er en væsentlig drivkraft bag global opvarmning, men denne gas kan også tjene som en værdifuld ressource. Forskere ved KAUST har udviklet en effektiv katalysator, der bruger lysenergi til at omdanne CO ₂ og hydrogen til methan (CH4). Dette modvirker frigivelse af CO ₂ når metan brændes som brændstof.

Mange forskere verden over udforsker måder at omdanne CO på ₂ til nyttige kulstofbaserede kemikalier, men deres indsats er blevet begrænset af lav effektivitet, der begrænser potentialet for anvendelse i stor skala.

"Vores tilgang er baseret på den synergistiske kombination af lys og varme, kendt som den fototermiske effekt, " siger postdoc Diego Mateo. Han forklarer, at varmen genereres af lysets interaktion med katalysatoren, så de to former for energi kommer fra absorberet lys.

Nogle andre industrielle tilgange kræver opvarmning fra eksterne kilder for at opnå temperaturer så høje som 500 grader Celsius. KAUST-forskningen viser, at reaktionen kan opnås ved kun at bruge dagslysets fototermiske effekt.

Katalysatoren er bygget af nikkelnanopartikler på et lag af bariumtitanat. Det fanger lyset på en måde, der sparker elektroner ind i højenergitilstande, kendt som "varme elektroner". Disse elektroner starter derefter den kemiske reaktion, der sender CO ₂ tilbage til metan. Under optimale forhold, katalysatoren genererer metan med næsten 100 % selektivitet og med imponerende effektivitet.

En stor fordel er den brede vifte af lysspektret, inklusive alle synlige bølgelængder, ud over de ultraviolette stråler, som mange katalysatorer er begrænset til. Dette er enormt vigtigt, da ultraviolet lys kun udgør 4 til 5 % af den energi, der er tilgængelig i sollys.

"Vi er overbeviste om, at vores strategi, i kombination med andre eksisterende CO ₂ indfangningsteknikker, kunne være en bæredygtig måde at omdanne denne skadelige drivhusgas til værdifuldt brændstof, " siger Mateo.

Ethvert brændstof fremstillet af CO ₂ ville stadig frigive den gas, når de brændes, men CO ₂ gentagne gange kunne genbruges fra atmosfæren til brændstof og tilbage igen, i stedet for konstant at blive frigivet ved afbrænding af fossile brændstoffer.

Forskerne søger også at udvide anvendelserne af deres tilgang. "En strategi for vores fremtidige forskning er at bevæge os i retning af at producere andre værdifulde kemikalier, såsom methanol, " siger Jorge Gascon, der ledede forskerholdet. Forskerne ser også potentiale for at bruge lysenergi til at drive produktionen af ​​kemikalier, der ikke indeholder kulstof, såsom ammoniak (NH ₃ ).