Nach 150 Jahren hatten wir endlich einen Durchbruch bei der Umwandlung von CO2 in Kraftstoff

Seit anderthalb Jahrhunderten versuchen Forscher herauszufinden, wie man mit dem Kohlendioxid, das in der Atmosphäre schwimmt, etwas Nützliches tun kann. Wir haben jede Menge Zeug, wir geben es jedes Mal aus, wenn wir ausatmen, aber es bleibt nur in der Atmosphäre hängen, was unseren Planeten wärmer macht und eine Reihe von möglicherweise sehr unangenehmen Nebenwirkungen verursacht.

Wissenschaftler würden es tun Ja wirklich Ich würde gerne einen Weg finden, alles in Treibstoff umzuwandeln, der vermutlich zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen würde, indem er uns die Treibhausgase emittierenden Fossilien ersetzt. Dies ist jedoch leichter gesagt als getan: Wissenschaftler hatten nicht nur Mühe, herauszufinden, wie sie das Kohlendioxid reduzieren können, sondern auch immer noch damit, zu verstehen, wie die Reduktion von Kohlendioxid überhaupt erst katalysiert werden kann.

Mit anderen Worten: Wissenschaftler haben sich seit der Mitte des 19. Jahrhunderts mit CO2 herumgemischt, sie mit verschiedenen Materialien gemischt, erhitzt usw. und haben nur gelegentlich eine Reaktion erzielt ("150 Jahre" ist ein Hinweis auf ein Experiment von 1869 in die Forscher verwendeten einen Elektrokatalysator, um CO2 in Ameisensäure (ein Konservierungsmittel) umzuwandeln. Obwohl Forscher dieses Potenzial längst verstanden haben, haben sie nicht wirklich verstanden, was diese Reaktionen ausgelöst hat. Dies machte es unmöglich, Experimente kontrolliert durchzuführen, dank eines neuen Experiments, das von Forschern der Columbia University School of Engineering durchgeführt wurde. Die Ergebnisse ihrer Arbeit wurden heute in veröffentlicht Verfahren der National Academy of Sciences.

"Wir haben angefangen, dies zu tun, wie andere Menschen dies durch Versuch und Irrtum tun und mit verschiedenen Materialien spielen, um zu sehen, wie die Effizienz der CO2-Umwandlung von den Materialeigenschaften abhängt", federführende Autorin Irina Chernyshova, wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Columbia University School of Technik und angewandte Wissenschaft, erzählt Inverse "Aber das könnte eine Lebenszeit dauern."

Chernyshova erklärt, dass ihr Durchbruch mit dem Prozess der elektrochemischen Reduktion oder der Umwandlung von CO2 in ein einfacheres Molekül durch Hinzufügen von elektrischer Energie zusammenhängt. Mit Hilfe der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie konnte das Team zum ersten Mal beobachten, dass Kohlendioxid mit einem einzigen Intermediär - Carboxylat - reduziert werden kann, das sich an die Oberfläche der Kohlenstoff- und Sauerstoffmoleküle bindet - und nicht zwei.

"Die Menschen wissen seit 150 Jahren, dass dies möglich ist, aber sie konnten es 150 Jahre lang nicht kommerzialisieren, weil sie dies auf nicht systematische Weise tun", sagte Chernyshova. "Sie können nicht alle Materialien in allen möglichen Kombinationen prüfen."

Nachdem sie die Kohlendioxid-Elektroreduktion nun besser verstehen, verfügen Forscher auf der ganzen Welt jetzt über viel bessere Orientierungshilfen für ihre eigene Forschung, nicht nur im Bereich der erneuerbaren Energien, sondern mit dem Ziel, CO2 in beliebig viele nützliche Moleküle, z. B. Düngemittel, zu reduzieren. Und weil wir mehr über den sprichwörtlichen „Schritt 1“ dieses Prozesses wissen, werden Experimente viel billiger und einfacher durchzuführen, hoffentlich mit einem Anstoßeffekt.

"Mit diesem Wissen und dieser Rechenleistung", sagt der Mitautor der Zeitung, Sathish Ponnurangam, in einer Pressemitteilung, "werden die Forscher die Reaktion an verschiedenen Katalysatoren genauer vorhersagen können und die vielversprechendsten angeben, die weiter synthetisiert werden können geprüft."

Neben den Bemühungen, CO2 durch direktes Sonnenlicht zu katalysieren, gewinnt der Prozess, der allgemein als künstliche oder semi-künstliche Photosynthese bezeichnet wird, durch die Inspiration, die er von Pflanzen bezieht, an Bemühungen, CO2 in Kraftstoff oder Atemluft umzuwandeln. Anfang dieses Monats haben Forscher der Universität Cambridge im Vereinigten Königreich herausgefunden, wie Wassermoleküle effizienter in Wasserstoff (der als Brennstoff verwendet werden kann) und Sauerstoff mithilfe eines Enzyms, das in Algen namens Hydrogenase vorkommt, aufgespalten werden können.