Međunarodna suradnja znanstvenika razvila je inovativne metode za pretvaranje otpada u korisne materijale korištenjem električne energije. Najnovija studija objavljena u časopisu Nature Catalysis otkriva kako se staklenički plin ugljikov dioksid može učinkovito pretvoriti u tekuće gorivo metanol.

Istraživači su koristili molekule kobalt ftalocijanina (CoPc), raspoređene na površini ugljikovih nanocijevi, kako bi omogućili kemijsku reakciju. Korištenjem električne struje kroz elektrolitsku otopinu, molekule CoPc su preuzele elektrone i pretvorile ugljikov dioksid u metanol. Korištenjem in-situ spektroskopije, po prvi put su uspjeli vizualizirati kemijsku reakciju i pratiti putanju molekula.

Različite reakcijske putanje dovode do stvaranja metanola ili ugljikovog monoksida, nepoželjnog nusprodukta. Ključni faktor koji određuje konačni proizvod je okoliš u kojem se reakcija odvija. Kontrolom raspodjele CoPc katalizatora na površini nanocijevi, istraživači su uspjeli povećati proizvodnju metanola za čak osam puta.

Robert Baker, profesor kemije i biokemije na Sveučilištu Ohio State i koautor studije, ističe važnost ovog otkrića: "Pretvaranje ugljikovog dioksida u metanol je posebno korisno zbog visoke energetske gustoće metanola, koji može poslužiti kao alternativno gorivo."

Dok se već dugo vremena radi na pretvaranju otpadnih molekula u korisne proizvode, dosadašnji pristupi nisu omogućavali praćenje stvarnog tijeka reakcija. "Empirijska optimizacija često ne pruža dubinsko razumijevanje što čini jedan katalizator boljim od drugog," kaže Baker. "Nove tehnike i računalni modeli značajno su unaprijedili naše razumijevanje složenih procesa."

Glavni autor studije, Quansong Zhu, objašnjava kako je nova vrsta vibracijske spektroskopije omogućila detaljno praćenje molekularnih reakcija na površini: "Po vibracijskim potpisima mogli smo identificirati da ista molekula reagira u različitim okolišima, što nam je omogućilo povezivanje određenih okruženja s proizvodnjom metanola."

Daljnja analiza pokazala je da molekule izravno djeluju sa supernapunjenim kationima, što pojačava formiranje metanola. Ovo otkriće ključ je za razvoj učinkovitijih metoda stvaranja metanola. Baker naglašava potrebu za dodatnim istraživanjima kako bi se potpuno razumjele sve mogućnosti koje kationi nude.

Metanol, proizveden iz obnovljivih izvora energije, ima široku primjenu. Osim što je ekonomično gorivo za avione, automobile i brodove, može se koristiti i za grijanje, proizvodnju energije te napredak u budućim kemijskim istraživanjima. "Rezultati ove studije otvaraju vrata brojnim uzbudljivim budućim istraživanjima," kaže Baker.

Koautori studije uključuju Conora L. Rooneyja i Hailianga Wanga sa Sveučilišta Yale, Hadara Shemu i Elada Grossa sa Hebrejskog sveučilišta te Christinu Zeng i Juliena A. Panetiera sa Sveučilišta Binghamton. Istraživanje je podržano od strane Nacionalne zaklade za znanost i Binacionalne znanstvene zaklade Sjedinjenih Država i Izraela (BSF) za međunarodnu suradnju.

Dodatno, nova otkrića omogućuju bolju optimizaciju katalitičkih procesa, što može imati dalekosežan utjecaj na brojne industrijske primjene. Metanol, kao gorivo visoke energetske gustoće, nudi značajne prednosti u smislu skladištenja energije i smanjenja emisija stakleničkih plinova. Korištenjem obnovljive električne energije za proizvodnju metanola, moguće je postići održiviji način korištenja resursa i smanjiti ovisnost o fosilnim gorivima.

Osim u energetskom sektoru, metanol ima potencijalnu primjenu u kemijskoj industriji kao sirovina za proizvodnju raznih kemikalija i materijala. Razvoj učinkovitih metoda za pretvorbu ugljikovog dioksida u metanol može također pomoći u smanjenju razine CO2 u atmosferi, što je ključno za borbu protiv klimatskih promjena.

Ova istraživanja su samo početak dugoročnih napora za optimizaciju katalitičkih procesa i razvoj novih tehnologija za pretvorbu otpada u vrijedne resurse. Nastavak istraživanja i suradnja među znanstvenicima širom svijeta bit će ključni za daljnji napredak na ovom polju.

Robert Baker i njegov tim već planiraju daljnje studije kako bi dodatno istražili potencijalne primjene ovih otkrića. "Postoji mnogo uzbudljivih mogućnosti koje treba istražiti," kaže Baker. "Naši rezultati do sada su vrlo obećavajući i veselimo se budućim otkrićima."

Suradnja među različitim istraživačkim institucijama i podrška financijskih organizacija kao što su Nacionalna zaklada za znanost i Binacionalna znanstvena zaklada Sjedinjenih Država i Izraela (BSF) igraju ključnu ulogu u omogućavanju ovih istraživanja. Zahvaljujući njihovoj podršci, znanstvenici mogu nastaviti s radom na inovativnim projektima koji imaju potencijal značajno doprinijeti održivom razvoju i zaštiti okoliša.

U konačnici, uspješna pretvorba ugljikovog dioksida u metanol predstavlja značajan korak naprijed u korištenju otpada kao resursa i smanjenju emisija stakleničkih plinova. Nastavak istraživanja na ovom polju otvara nove mogućnosti za razvoj održivih tehnologija koje mogu pomoći u očuvanju našeg planeta za buduće generacije.

Izvor: Ohio State University