Kuldioxidreaktor laver brændstof fra Mars

Ingeniører ved University of Cincinnati udvikler nye måder at omdanne drivhusgasser til brændstof for at imødegå klimaændringer og få astronauter hjem fra Mars.

UC College of Engineering and Applied Science assisterende professor Jingjie Wu og hans studerende brugte en kulstofkatalysator i en reaktor til at omdanne kuldioxid til metan. Kendt som "Sabatier-reaktionen" fra den afdøde franske kemiker Paul Sabatier, det er en proces, som den internationale rumstation bruger til at skrubbe kuldioxiden fra luften, som astronauterne indånder, og generere raketbrændstof for at holde stationen i høj kredsløb.

Men Wu tænker meget større.

Mars atmosfære består næsten udelukkende af kuldioxid. Astronauter kan spare halvdelen af ​​det brændstof, de har brug for til en hjemrejse, ved at lave, hvad de har brug for på den røde planet, når de ankommer, sagde Wu.

"Det er ligesom en tankstation på Mars. Du kan nemt pumpe kuldioxid gennem denne reaktor og producere metan til en raket, " sagde Wu.

UC's undersøgelse blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation med samarbejdspartnere fra Rice University, Shanghai University og East China University of Science and Technology.

Wu begyndte sin karriere inden for kemiteknik ved at studere brændselsceller til elektriske køretøjer, men begyndte at se på kuldioxidkonvertering i sit kemiske ingeniørlaboratorium for omkring 10 år siden.

"Jeg indså, at drivhusgasser ville blive et stort problem i samfundet, " sagde Wu. "Mange lande indså, at kuldioxid er et stort problem for den bæredygtige udvikling af vores samfund. Derfor mener jeg, at vi skal opnå CO2-neutralitet."

Biden Administration har sat sig et mål om at opnå en 50 % reduktion af drivhusgasforurenende stoffer i 2030 og en økonomi, der er afhængig af vedvarende energi i 2050.

"Det betyder, at vi bliver nødt til at genbruge kuldioxid, " sagde Wu.

Wu og hans elever, herunder hovedforfatter og UC doktorgradskandidat Tianyu Zhang, eksperimenterer med forskellige katalysatorer såsom grafen kvanteprikker - lag af kulstof, der kun er nanometer store - der kan øge udbyttet af metan.

Wu sagde, at processen lover at hjælpe med at afbøde klimaændringer. Men det har også en stor kommerciel fordel ved at producere brændstof som et biprodukt.

"Processen er 100 gange mere produktiv, end den var for bare 10 år siden. Så du kan forestille dig, at fremskridtet vil komme hurtigere og hurtigere, " sagde Wu. "I de næste 10 år, Vi vil have en masse startup-virksomheder til at kommercialisere denne teknik."

Wus elever bruger forskellige katalysatorer til at producere ikke kun metan, men ethylen. Kaldes for verdens vigtigste kemikalie, ethylen bruges til fremstilling af plast, gummi, syntetisk tøj og andre produkter.

"Grøn energi bliver meget vigtig. I fremtiden vil det vil repræsentere et enormt marked. Så jeg ville arbejde på det, " sagde Zhang.

Syntetisering af brændstof fra kuldioxid bliver endnu mere kommercielt levedygtigt, når det kombineres med vedvarende energi såsom sol- eller vindkraft, sagde Wu.

"Lige nu har vi overskydende grøn energi, som vi bare smider ud. Vi kan lagre denne overskydende vedvarende energi i kemikalier, " han sagde.

Processen er skalerbar til brug i kraftværker, der kan generere tonsvis af kuldioxid. Og det er effektivt, da omdannelsen kan finde sted lige der, hvor der produceres overskydende kuldioxid.

Wu sagde fremskridt inden for brændstofproduktion fra kuldioxid gør ham mere sikker på, at mennesker vil sætte foden på Mars i hans levetid.

"Lige nu, hvis du ønsker at komme tilbage fra Mars, du skal medbringe dobbelt så meget brændstof, som er meget tung, sagde han. Og i fremtiden, du skal bruge andet brændstof. Så vi kan producere methanol ud fra kuldioxid og bruge dem til at producere andre nedstrøms materialer. Så kunne vi måske en dag leve på Mars."