Det råder ingen tvekan om att klimatförändringar är ett mycket allvarligt (och förvärrande) problem. Enligt en rapport som nyligen gjorts av regeringskontrollpanelen för klimatförändringar (IPCC), även om alla de industrialiserade länderna i världen blev koldioxidneutrala över en natt, skulle problemet fortsätta att bli värre. Kort sagt räcker det inte att sluta pumpa megatoner CO2 in i atmosfären; vi måste också börja ta bort det vi redan har lagt där.
Det är här tekniken som kallas koluppsamling (eller kolborttagning) spelar in. Ett internationellt team av forskare från University of Waterloo, Ontario, har tagit sin ledtråd från naturen och skapat ett "konstgjort blad" som efterliknar den verkliga sakens kolskrubbsförmåga. Men snarare än att vända atmosfäriskt CO2 till en bränslekälla för sig själv, konverterar bladet det till ett användbart alternativt bränsle.
Teamets forskning beskrevs i en artikel som nyligen dök upp i tidskriften Naturenergi. Teamet leddes av Yimin A. Wu, en forskare vid Center for Nanoscale Materials vid Argonne National Laboratory (ANL) i Illinois och en professor i teknik från Waterloo Institute for Nanotechnology (WIN). Han förenades av forskare från båda institutionerna, liksom Kaliforniens statsuniversitet (Northridge), och City University of Hong Kong.
I naturen konverterar gröna växter atmosfäriskt CO2 och vatten till glukos och syre genom fotosyntesprocessen. Detta möjliggörs tack vare pigmentklorofyll, som absorberar ljus från solen i flera våglängder (violetblått och orange-rött) för att driva de kemiska reaktionerna. Glukosen används sedan av växterna som bränslekälla medan syregas frigörs.
Som Wu förklarade använde han och hans team samma idé för att designa sitt konstgjorda blad, som förlitar sig på en mycket likadan process men producerar olika slutprodukter. "Vi kallar det ett artificiellt blad eftersom det efterliknar riktiga löv och fotosyntesprocessen," sade han. ”Ett blad producerar glukos och syre. Vi producerar metanol och syre. ”
Nyckeln till processen (som Wu och hans kollegor har arbetat med sedan 2015) är kopparoxid, ett billigt rött pulver som är kemiskt konstruerat för att ha så många åtttsidiga partiklar som möjligt. Detta pulver skapas genom en kemisk reaktion när glukos, kopparacetat, natriumhydroxid och natriumdodecylsulfat sätts till vatten som har upphettats till en specifik temperatur.
Detta pulver tillsätts sedan till vatten där det fungerar som katalysator när koldioxid pumpas in och en solsimulator lyser en stråle med vitt ljus in i lösningen. Den resulterande kemiska reaktionen producerar syrgas (genom fotosyntes) medan CO2vatten, och pulverlösning omvandlas till metanol. Eftersom metanol har en lägre kokpunkt än vatten, upphettas lösningen och metanolen uppsamlas när den förångas.
Denna process speglar liknande forskning som bedrivs vid University of Cambridge i Storbritannien, där forskare har utvecklat en anordning som använder fotosyntes framställd av solljus och koboltljuddämpare för att vända vatten och CO2 gas till syngas. Detta ämne är tillverkad av en blandning av väte och kolmonoxid och används vid tillverkning av alternativa bränslen, läkemedel, plast och gödselmedel.
Det liknar också ”artificiella trädet” -konceptet utvecklat av Klaus Lackner, chef för Lenfest Center for Sustainable Energy vid Columbia University. År tillbaka föreslog Lackner en metod där "träd" med hartsbelagda plastblad kunde ta bort så mycket som 100 gånger som CO2 från luften som naturliga träd. När bladen har blötts upp så mycket som koldioxid som de kan placeras de i vatten för att skapa biobränslen.
En process som denna är spännande av två skäl. Först och främst kommer att ta bort koldioxid (den främsta bidragaren till den globala uppvärmningen) från atmosfären att minska klimatförändringarna. För det andra kommer de resulterande alternativa bränslena att göra det möjligt för människor att fortsätta förlita sig på icke-elektriska bilar och därmed ge oss mer tid att göra övergången till koldioxidneutralt liv. Eller som Wu berättade för Space Magazine via e-post:
”Denna teknik förväntas minska CO2 utsläpp från oljebolag, bilföretag och stålföretag. Det kan också tillhandahålla rena och hållbara bränslen, metanol, för fordon och flygplan. Metanol är också ett råmaterial i kemisk industri för att tillverka plast och fibrer. Detta ger en lösning för att minska koldioxidutsläpp och producera hållbara bränslen för grön ekonomi. ”
I framtiden kommer ytterligare åtgärder att vidtas för att öka metanolutbytet och kommersialisera den patenterade processen så att den kan användas för industriella ändamål. "Jag är väldigt upphetsad över potentialen för denna upptäckt att ändra spelet," tilllade Wu. ”Klimatförändringar är ett brådskande problem och vi kan bidra till att minska CO2 utsläpp och samtidigt skapa ett alternativt bränsle. ”
