Cement to jeden z najczęściej wykorzystywanych materiałów na świecie, ale jego produkcja wiąże się z dużą emisją dwutlenku węgla, głównie przez wykorzystywanie wapienia i innych minerałów bogatych w wapń. Zespół badaczy pracujących pod kierunkiem dr. Charlesa McCrory’ego z Wydziału Chemii oraz Inżynierii Makromolekularnej postawił sobie ambitny cel: zamienić CO₂ ze szkodliwego składnika atmosfery w cenny surowiec, który na dodatek może obniżyć poziom emisji dwutlenku węgla w tym sektorze gospodarki, który odpowiada za sporą część zanieczyszczeń.
W swojej pracy naukowcy skupili się na szczawianach metali, czyli na trwałych, stałych związkach chemicznych, które mogą być prekursorami komponentów cementowych, a przy okazji pełnić rolę nośników węgla. Co prawda już jakiś czas temu naukowcy odkryli, że ołów może być skutecznym katalizatorem w procesie przekształcania CO₂ w szczawiany metali, jednak nie jest to idealne rozwiązanie, bowiem proces ten wymagał dużych ilości szkodliwego ołowiu.
Czytaj także: Cement przyszłości generuje prąd, magazynuje energię i może zasilać całe budynki
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy opracowali specjalne polimery, które precyzyjnie kontrolują środowisko chemiczne wokół katalizatora. Dzięki temu udało się ograniczyć zawartość ołowiu do poziomu ilości śladowych.
Proces przekształcania CO₂ to proces elektrochemiczny, który przebiega w układzie dwóch elektrod. Pierwsza elektroda redukuje dwutlenek węgla do jonów szczawianowych, które przechodzą do roztworu. Druga elektroda, wykonana z metalu, uwalnia odpowiednie jony metalu, które reagują z jonami szczawianowymi, tworząc stałe szczawiany metali. Co istotne, związki te są stabilne w normalnych warunkach, dzięki czemu można je wykorzystywać w produkcji ekologicznego cementu.
Warto tutaj podkreślić, że sama technologia elektrolizy dwutlenku węgla, która jest tutaj kluczowym etapem całego procesu, jest już rozwijana na skalę przemysłową. Prawdziwym wyzwaniem zatem będzie teraz zwiększenie wydajności produkcji szczawianów metali. Skoro jednak udało się ograniczyć ilość zużywanego ołowiu do wartości śladowych, to warto przyłożyć się do próby skalowania całego procesu.
Czytaj także: Ten materiał stosowano już w starożytnym Rzymie. Teraz naukowcy odkrywają jego niesamowite właściwości
Badania dowodzą również, że nawet śladowe ilości katalizatora, odpowiednio kontrolowane, mogą znacząco wpływać na reakcje chemiczne. To zmienia dotychczasowe podejście do projektowania katalizatorów i może mieć szersze zastosowanie w chemii zrównoważonej.
Zamieniając dwutlenek węgla z problemu w rozwiązanie, naukowcy z Michigan nie tylko proponują nowy kierunek dla budownictwa, ale też pokazują, jak kreatywne podejście do chemii może przynieść realne korzyści dla klimatu. Nagle okazuje się bowiem, że coś, co postrzegamy za szkodliwe, można zamienić w wartościowy surowiec, a przecież… dwutlenku węgla ci u nas pod dostatkiem.