211service.com
Att göra bensin av koldioxid
Kemister har visat att det är möjligt att använda solenergi, tillsammans med rätt katalysator, för att omvandla koldioxid till en råvara för att tillverka ett brett utbud av produkter, inklusive plast och bensin.
Solar splitter: En bärnstensfärgad halvledare (galliumfosfid), tillsammans med metallkontakter, är en del av en ny enhet som använder solenergi för att splittra koldioxid för att göra kolmonoxid.
Forskare vid University of California, San Diego (UCSD), visade nyligen att ljus som absorberas och omvandlas till elektricitet av en kiselelektrod kan hjälpa till att driva en reaktion som omvandlar koldioxid till kolmonoxid och syre. Kolmonoxid är en värdefull råvarukemikalie som används allmänt för att tillverka plast och andra produkter, säger Clifford Kubiak , professor i kemi vid UCSD. Det är också en nyckelingrediens i en process för att tillverka syntetiska bränslen, inklusive syngas (en blandning till stor del av kolmonoxid och väte), metanol och bensin.
Arbetet är en del av en växande satsning på att hitta praktiska användningsområden för koldioxid, en ledande växthusgas, säger Philip Jessop , professor i kemi vid Queen's University, i Ontario, Kanada. Att omvandla koldioxid till kolmonoxid är svårt att göra, vilket Jessop säger gör UCSD-arbetet imponerande och spännande.
Åtminstone till en början kommer en sådan process inte att ha någon betydande inverkan på att minska växthusgaserna i atmosfären - det skulle kräva ganska storskaliga operationer, säger Kubiak. Men vilken kemisk process som helst som du kan utveckla som använder CO2 som råvara, snarare än att det ska vara en slutprodukt, är förmodligen värt att göra. Han tillägger att om kemiska tillverkare ändå ska tillverka miljontals pund plast, varför inte göra dem från växthusgaser snarare än att göra massor av växthusgaser i processen?
Systemet kan också vara en del av en lösning på ett fortsatt problem med solenergi. För att solpaneler ska vara användbara när solen inte skiner måste elektriciteten de producerar lagras. Ett potentiellt praktiskt sätt att göra det är att omvandla den elektriska energin till kemisk energi. Ett populärt tillvägagångssätt är att använda solceller för att producera väte, som sedan kan användas i bränsleceller. Men vätgas är mycket svårare att transportera och lagra än flytande bränslen, såsom bensin, som innehåller mycket mer energi i volym än vad väte gör. UCSD-systemet visar att det går att använda solenergi för att göra kolmonoxid som sedan tillsammans med väte kan omvandlas till bensin. För närvarande tillverkas kolmonoxid av naturgas och kol. Men koldioxid är en mer attraktiv råvara, delvis för att det är väldigt billigt – det är faktiskt något industriföretag kommer att betala för att ta sig ur händerna, säger Jessop. Det finns väldigt få kemikalier som är billigare än gratis, och koldioxid är en av dem, säger han.
I prototypanordningen passerar solljus genom koldioxid löst i en lösning innan det absorberas av en halvledarkatod, som omvandlar fotoner till elektroner. Med hjälp av en katalysator reagerar elektronerna med koldioxid för att bilda kolmonoxid vid elektroden. Vid anoden – en katalysator gjord av platina – omvandlas vatten till syre.
För att göra ett bränsle kan kolmonoxiden kombineras med väte för att skapa syngas i en välkänd teknik som kallas Fischer-Tropsch-processen, som har använts flitigt för att göra bensin av kol. Med den nya processen för att skapa syngas kan dock fossila bränslen bli onödiga.
Systemet – som Kubiak började utveckla som ett sätt att tillverka syre för bemannade uppdrag till Mars, som har en koldioxidrik atmosfär – är fortfarande ett pågående arbete. I den första prototypen tillfördes bara ungefär hälften av den energi som behövdes för reaktionerna av solen, medan resten kom från extern elektricitet. Det beror på att forskarna bestämde sig för att bevisa konceptet med kisel som halvledare. De arbetar nu med en gallium-fosfid-halvledare, som har exakt rätt elektroniska egenskaper för att driva de nödvändiga reaktionerna med enbart solljus.
I detta tidiga skede – Kubiak säger att kommersiella system kan vara 10 år bort – effektiviteten och ekonomin för att tillverka bränslen på detta sätt är inte kända. Kubiak säger att det är troligt att för storskaliga applikationer kommer hans grupp att behöva använda katalysatorbelagda nanopartiklar för att öka ytan och påskynda reaktionerna.