Omdannelse af atmosfærisk kulstof til industrielt anvendelige materialer

Planter er uden sidestykke i deres evne til at fange CO ₂ fra luften, men denne fordel er midlertidig, som restafgrøder frigiver kulstof tilbage i atmosfæren, mest gennem nedbrydning. Forskere har foreslået en mere permanent, og endda nyttigt, skæbne for dette opfangede kulstof ved at omdanne planter til et værdifuldt industrielt materiale kaldet siliciumcarbid (SiC) - der tilbyder en strategi til at omdanne en atmosfærisk drivhusgas til et økonomisk og industrielt værdifuldt materiale.

I en ny undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet RSC går videre den 27. april, 2021, forskere ved Salk Institute forvandlede tobaks- og majsskaller til SiC og kvantificerede processen med flere detaljer end nogensinde før. Disse resultater er afgørende for at hjælpe forskere, såsom medlemmer af Salk's Harnessing Plants Initiative, evaluere og kvantificere kulstofbindingsstrategier for potentielt at afbøde klimaændringer som CO ₂ niveauer fortsætter med at stige til hidtil usete niveauer.

"Undersøgelsen giver en meget omhyggelig redegørelse for, hvordan du laver dette værdifulde stof, og hvor mange kulstofatomer du har trukket ud af atmosfæren. Og med det tal, du kan begynde at ekstrapolere, hvilken rolle planter kan spille i at afbøde drivhusgasser og samtidig omdanne et industrielt biprodukt, CO ₂ , til værdifulde materialer ved at bruge naturlige systemer som fotosyntese, " siger co-korresponderende forfatter og Salk-professor Joseph Noel.

SiC, også kendt som carborundum, er et ultrahårdt materiale, der bruges i keramik, sandpapir, halvledere og LED'er. Salk-teamet brugte en tidligere rapporteret metode til at omdanne plantemateriale til SiC i tre trin ved at tælle kulstof på hvert trin:For det første, forskerne dyrkede tobak, valgt for sin korte vækstsæson, fra frø. De frøs og malede de høstede planter til et pulver og behandlede det med flere kemikalier, herunder en siliciumholdig forbindelse. I tredje og sidste fase, de pulveriserede planter blev forstenet (forvandlet til et stenet stof) for at lave SiC, en proces, der involverer opvarmning af materialet op til 1600 C.

"Den givende del var, at vi var i stand til at demonstrere, hvor meget kulstof der kan bindes fra landbrugsaffaldsprodukter som majsskaller, mens vi producerer en værdifuld, grønt materiale, der typisk fremstilles af fossile brændstoffer, " siger førsteforfatter Suzanne Thomas, en Salk -stabsforsker.

Gennem elementær analyse af plantepulverne, forfatterne målte en 50, 000 gange stigning i sekvestreret kulstof fra frø til laboratoriedyrket plante, demonstrerer planters effektivitet til at trække ned atmosfærisk kulstof. Ved opvarmning til høje temperaturer til forstening, plantematerialet mister noget kulstof som en række forskellige nedbrydningsprodukter, men tilbageholder i sidste ende omkring 14 procent af det plantefangede kulstof.

Forskerne beregnede, at processen til at fremstille 1,8 g SiC krævede omkring 177 kW/h energi, hvor størstedelen af ​​denne energi (70 procent) bliver brugt til ovnen i forsteningstrinnet. Forfatterne bemærker, at nuværende fremstillingsprocesser for SiC bærer sammenlignelige energiomkostninger. Så selv om den krævede produktionsenergi betyder, at processen fra plante til SiC ikke er kulstofneutral, holdet foreslår, at nye teknologier skabt af vedvarende energiselskaber kan bringe energiomkostningerne ned.

"Dette er et skridt hen imod at gøre SiC i en miljømæssig ansvarlig tilgang, " siger medkorresponderende forfatter og Salk-gæstforsker James La Clair.

Næste, holdet håber at udforske denne proces med en bredere vifte af planter, især planter som padderok eller bambus, der naturligt indeholder store mængder silicium.