Kluczem do osiągniętego sukcesu było wykorzystanie nowatorskiego katalizatora. Dzięki niemu inżynierom ze Stanów Zjednoczonych udało się uniknąć czynników, które do tej pory ograniczały wydajność. Dotychczas stosowane katalizatory miedziane stanowiły obiekt zainteresowania przedstawicieli Lawrence Berkeley National Laboratory i SLAC National Accelerator Laboratory.
Czytaj też: W Ameryce mają już sposób na produkcję wodoru. Robią to jak nikt inny na świecie
Na potrzeby prowadzonych ekspertyz ich autorzy skorzystali z możliwości obrazowania rentgenowskiego, dzięki którym śledzili zachowanie nanocząstek miedzi w trakcie konwersji dwutlenku węgla w przydatne paliwa. W toku tych obserwacji autorzy dowiedzieli się, w jaki sposób stosowane katalizatory tracą na wydajności i żywotności. Rozwikłanie tej zagadki oznacza uporanie się z problemem, który pozostawał aktualny przez ostatnią dekadę.
Celem opisywanej konwersji jest przekształcanie dwutlenku węgla i wody w substancje chemiczne cechujące się wyższą przydatnością i niższym negatywnym wpływem na środowisko. Zgromadzone dane sugerują, jakoby wyjściem z dotychczasowego impasu było wykorzystanie nośników węglowych z powłoką jonomerową. Dzięki takiej konfiguracji można ustabilizować nanocząsteczki miedzi, zapewniając korzyści dla całego procesu.
Naukowcy ze Stanów Zjednoczonych prowadzili eksperymenty, których celem było sprawienie, że konwersja dwutlenku węgla na paliwo pokroju etanolu i etylenu zyska na wydajności
Rola miedzi jako katalizatora biorącego udział w przekształcaniu dwutlenku węgla w etanol czy etylen sięga lat 80. choć napotkane z czasem ograniczenia pokazują, że nie jest to materiał idealny. Jeśli zaś chodzi o to, dlaczego miedź jest przydatna, to wyjaśnienie odnosi się do faktu, iż jej elektrony oddziałują z CO2 i wodą, ostatecznie tworząc inne związki. Wielkim problemem była jednak spadająca wydajność miedzi wraz z upływem czasu. Naukowcy chcieli wyjaśnić, co jest źródłem tego niepożądanego zjawiska.
To, czego udało im się dowiedzieć, trafiło na łamy Journal of the American Chemical Society. Autorzy artykułu opisują, jak zidentyfikowali dwa procesy napędzające degradację katalizatora. W ramach pierwszego małe cząsteczki miedzi łączą się w większe. Drugi odnosi się natomiast do sytuacji, w której duże cząsteczki rosną, pochłaniając mniejsze. Wiedząc o tych dwóch mechanizmach, członkowie zespołu badawczego pracują teraz nad najbardziej optymalnymi rozwiązaniami.
Czytaj też: Używane akumulatory z elektryków mają drugie życie, ale producenci muszą spełnić pewien warunek
Już teraz proponują kilka potencjalnych wyjść z sytuacji. Pierwsze obejmuje stosowanie zmodyfikowanych materiałów, natomiast inne odnoszą się na przykład do nowych powłok fizycznych zapewniających ochronę. Poza tym mówi się o wizji wdrożenia powłok cząsteczek organicznych, które mogłyby ograniczyć zjawisko degradacji katalizatorów miedzianych oddelegowanych do konwersji dwutlenku węgla w bardziej przydatne substancje.