Jak zwracają uwagę eksperci z Uniwersytetu Sun Jat-sena, od wielu lat przekształcanie dwutlenku węgla w użyteczne związki chemiczne opierało się na wykorzystaniu wysoko oczyszczonego CO2. Oznaczało to wysokie koszty i zużycie energii.

Teraz chiński zespół zaprezentował wynalazek, który może to zmienić.

Badacze wykorzystali działającą jak molekularne sito membranę wykonaną z metaloorganicznych struktur (MOF) – porowatych materiałów znanych z wyjątkowej zdolności wychwytywania gazów.

Membrana ta jest zintegrowana bezpośrednio z urządzeniem do elektrolizy i wykonuje jednocześnie dwa kluczowe zadania - z rozcieńczonych źródeł CO2 (takich jak spaliny) usuwa zanieczyszczenia i jednocześnie podnosi stężenie CO2 do poziomu umożliwiającego jego efektywne przekształcanie.

Membrana testowana na spalinach zawierających około 15 proc. CO2, podniosła stężenie tego gazu do 82,5 proc. Następnie elektrolizer przekształcił ten dwutlenek węgla w kwas mrówkowy (HCOOH) — wartościowe paliwo ciekłe i surowiec przemysłowy, z niemal 100-procentową skutecznością reakcji.

To pierwszy przypadek, kiedy udało się uzyskać tak czysty produkt bezpośrednio ze spalin, poprzez redukcję elektrochemiczną.

Co jeszcze bardziej imponujące, urządzenie działa także z powietrzem atmosferycznym, które zawiera zaledwie 0,04 proc. CO2. Zespół, wykorzystując membranę MOF, skoncentrował CO2 z powietrza do poziomu 2,05 proc. i uzyskał skuteczność reakcji produkcji kwasu mrówkowego na poziomie 98,2 proc.

Rozwiązanie to będzie można więc także zastosować w zamkniętych przestrzeniach, takich jak okręty podwodne czy stacje kosmiczne, gdzie kontrola poziomu CO2 ma kluczowe znaczenie.

Poza wysoką wydajnością urządzenie przynosi także korzyści ekonomiczne. Analiza techniczno-ekonomiczna wykazała, że wykorzystanie spalin zamiast czystego CO2 obniża koszty produkcji o 15 proc., ponieważ eliminuje potrzebę wstępnego oczyszczania gazu.

Dzięki selektywnemu filtrowaniu spalin przez membranę, elektrolizer nie przeprowadza również reakcji ubocznych z zanieczyszczeniami, co zapewnia stabilną i wysoką jakość produktu końcowego.

Naukowcy podkreślają, że ich system stanowi pomost między badaniami laboratoryjnymi i zastosowaniami przemysłowymi, oferując skalowalny i niedrogi sposób przekształcania CO2 pochodzącego z elektrowni, fabryk, a nawet z powietrza w cenny surowiec.

Może więc nie tylko pomóc ograniczyć ilość CO2 w atmosferze, lecz także wspierać zrównoważoną produkcję chemiczną – kluczowy element globalnych działań na rzecz neutralności węglowej.

Marek Matacz (PAP)

mat/ agt/