Dwutlenek węgla z kominów fabryk i elektrowni może stać się cennym surowcem do produkcji innych związków chemicznych. Pozwoli na to odkrycie badaczy z amerykańskiego Oregon State University (OSU) i brytyjskiego Uniwersytetu w Cambridge.

Naukowcy zaprojektowali chemiczną „gąbkę” pochłaniającą dwutlenek węgla

Opracowany przez nich nowy materiał może przetwarzać CO2 z gazów powstających po spaleniu gazu ziemnego lub węgla. Jest nim krystaliczny polimer, w którym cząsteczki metali połączone są z cząstkami związków organicznych. Takie materiały nazywa się „metal organic frameworks”, w skrócie MOF. W polskim piśmiennictwie spotyka się określenie „szkielety metaloorganiczne” lub używa angielskiego skrótu MOF.

Takie związki chemiczne tworzą struktury przypominające puste w środku szkielety. Dzięki tej budowie pochłaniają gazy lub ciecze. Są przy tym bardzo wybredne. Każdy rodzaj MOF działa tylko na jedną substancję. Stworzony przez badaczy związek składa się atomów metali należących do lantanowców (ceru, europu lub gadolinu) oraz tlenku propylenu.

Takie połączenie chłonie dwutlenek węgla niczym gąbka. Z tlenku etylenu i dwutlenku węgla dzięki atomom metali – które działają jak ułatwiające reakcję katalizatory – powstają potem cenne dla przemysłu związki organiczne.

Zamknięty obieg dwutlenku węgla: wypuścimy, złapiemy i przetworzymy

– To duży krok w kierunku rozwiązania problemu. Duże nadzieje wiąże się z ekonomią opartą na zamkniętym obiegu węgla. Udało nam się ją przybliżyć dzięki odpowiedniemu katalizatorowi – mówi Kyriakos Stylianou z OSU i główny autor badań.

Zaletą opracowanego przez badaczy katalizatora jest jego stabilność. Nie szkodzi mu ani wilgoć, ani wysoka temperatura. To niezwykle istotne, bo gazy z przemysłowych kominów są zarówno gorące, jak i zawierają parę wodną. Zawierają ponadto inne gazy, zaś nowo opracowany materiał wychwytuje tylko CO2.

Dzięki katalizatorowi powstają cykliczne związki węgla – czyli takie tworzące pierścienie. Są one cennym surowcem do produkcji:

  • tworzyw sztucznych (na przykład soczewek okularów czy płyt CD i DVD),
  • rozpuszczalników,
  • elektrolitów akumulatorów,
  • leków.

Dzięki nowemu katalizatorowi elektrownie mogłyby stać się fabrykami surowców chemicznych. Przestałyby emitować do atmosfery dwutlenek węgla, nasilający niekorzystne zmiany klimatu. Produkowałyby za to cenne surowce chemiczne.

Elektrownie emitują jedną trzecią dwutlenku węgla wytwarzanego przez ludzkość

Gdy dwutlenek węgla trafia do atmosfery, zatrzymuje w niej ciepło słońca. Ilość tego gazu osiągnęła już poziom najwyższy od 4 milionów lat. Z tego powodu średnia temperatura na Ziemi, odkąd ludzkość zaczęła spalać węgiel, ropę i gaz, wzrosła już o jeden stopień Celsjusza. Nie zanosi się na to, byśmy szybko mieli zrezygnować ze spalania paliw kopalnych.

W ubiegłym roku badacze donosili, że wina za globalne ocieplenie nie rozkłada się równomiernie. Znacząca większość emisji dwutlenku węgla przypada na niewielką liczbę elektrowni. Jak wyliczali badacze, zaledwie 5 procent tych najbardziej szkodliwych elektrowni produkuje aż 75 proc. emisji dwutlenku węgla przypadających na sektor energetyczny. Na ten sektor z kolei przypada aż jedna trzecia wszystkich światowych emisji CO2.

Polska jest na czele tej niechlubnej listy. Otwiera ją elektrownia w Bełchatowie. Jest największym pojedynczym producentem dwutlenku węgla na świcie. Co roku wysyła go w powietrze prawie 38 megaton (Mt), czyli milionów ton CO2. To więcej niż np. wszystkie elektrownie w Nowej Zelandii, które produkują 37 Mt rocznie.

Nie jest to pierwszy sposób na dwutlenek węgla. W 2021 roku naukowcy donosili o innym sposobie. Stosując metal zwany galem można z tego gazu tanio wyprodukować czysty węgiel, który również jest cennym surowcem.

Źródła: Oregon State University, Journal of Materials Chemistry A.