Fra forurenende stoffer til profit - nanovidenskab vender kulstof på hovedet

Tre nye supplerende forskningsprojekter vil gøre kulstof fra et forurenende stof til nyttige produkter, der kan hjælpe både industrien og miljøet.

Nanoteknologiske løsninger vil blive brugt til at:

• omdanne kuldioxid (CO ₂ ) til kemikalier, der kunne bruges i brændselsceller til bærbare computere og mobiltelefoner på University College London
  
• producere køretøjsbrændstoffer fra CO ₂ ved hjælp af et 'kunstigt blad' koncept på Imperial College London
  
• fjern CO ₂ fra atmosfæren og lås den fast i nyttige produkter såsom polymerer, kulhydrater eller brændstoffer på Baths universiteter, Bristol og vest for England.

Forskningen er en del af Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) 'Nanotechnology Grand Challenge' -programmet og vil modtage en samlet investering på £ 4 mio.

Katalytisk reaktor

University College London forskere under ledelse af professor Nora De Leeuw vil arbejde med Johnson Matthey for at efterligne biologiske systemer og producere en katalytisk reaktor, der kan omdanne CO ₂ til nyttige kemikalier til applikationer såsom brændselsceller i bærbare computere og mobiltelefoner.

Reaktoren vil bruge nye nanokatalysatorer baseret på forbindelser dannet i varme kilder på havbunden, der anses for at have udløst liv. Teamets design vil tage inspiration fra biologiske systemer, der kan udføre komplekse processer til at omdanne CO ₂ til biologisk materiale, og udnytte en lang række beregningsmæssige og eksperimentelle kemiteknikker.

Professor De Leeuw siger:"Hvis vi var i stand til at efterligne naturen og omdanne CO ₂ til nyttige produkter uden at skulle bruge store mængder energi, fordelene ville være enorme. En af de store gasser, der er ansvarlige for klimaændringer, ville blive et vigtigt råmateriale til den kemiske og farmaceutiske industri. "

Kunstigt blad

På Imperial College London og University College London vil et forskerhold ledet af dr. Charlotte Williams reducere CO2 med hydrogen, elektrisk energi eller foton energi til fremstilling af køretøjsbrændstoffer.

For at opnå dette, de vil udvikle nanostrukturerede katalysatorer, der fungerer ved hjælp af solceller eller andre vedvarende energitilførsler. Disse vil blive brugt i en proces, der efterligner CO¬2 -aktivering i naturen - et "kunstigt blad" -koncept - der effektivt vender den forurenende proces med forbrænding af fossile brændstoffer. Teamet vil samarbejde med industrielle partnere Millennium Inorganic Chemicals, Cemex, Johnson Matthey og E.ON.

Dr Williams, fra Imperial College London, siger:"Det centrale økonomiske spørgsmål ligger i at reducere den energi, der kræves til processerne. Vi håber at opnå dette ved at udvikle nye, stærkt aktive metal/metaloxid nanostrukturerede katalysatorer, som tilbyder overlegen ydeevne. "

Carbon lock-in

Universiteterne i Bath, Bristol og det vestlige England arbejder sammen om at producere materialer, der kan fjerne CO2 fra atmosfæren og låse det fast i nyttige produkter.

I hjertet af projektet, ledet af Dr. Frank Marken ved University of Bath, vil være en et-trins proces, der forbinder katalysatorer direkte med et nyt CO ₂ absorber, og drives af solenergi eller en alternativ vedvarende energikilde. De resulterende 'carbon lock-in' produkter omfatter polymerer, kulhydrater eller brændstoffer.

Dr. Marken siger:"Nuværende processer er afhængige af at bruge separat teknologi til at indfange og udnytte CO ₂ , hvilket gør processen meget ineffektiv. Ved at kombinere processerne kan effektiviteten forbedres og den energi, der kræves for at drive CO ₂ reduktion minimeres. "

Projekterne er en del af Research Councils UK (RCUK) tværgående rådsprogram 'Nanoscience:through Engineering to Application'. www.rcuk.ac.uk/nano

Som en del af udvælgelsesprocessen, forskere blev bedt om at overveje potentielle miljømæssige, sundhed, samfundsmæssige og etiske bekymringer, der kan skyldes innovationsprocessen. Ved hjælp af denne ansvarlige innovationsmetode, projekterne erkender alle, at løsningen på et problem ikke bør skabe et andet.

Forskningen vil gavne en række britiske industrier, herunder virksomheder, der udleder kuldioxid i betydelige mængder, såsom strømleverandører, stål- og aluminiumsproducenter, brændstofselskaber og brændstofbrugere.

De nye teknologier og materialer, som forskningen producerede, kunne skabe en ny produktionsgren med verdensomspændende distribution af carbon capture -enheder, og en ny mekanisme til handel med kulstofkreditter.

I sidste uge offentliggjorde Department for Business Innovation and Skills en tværfaglig strategi, 'UK Nanotechnologies Strategy:Opportunities Ahead', der udtalte, at det globale marked for nanoteknologier forventes at vokse fra 2,3 milliarder dollar i 2007 til 81 milliarder dollars i 2015*.