Ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Yale ανέπτυξε μια καινοτόμο μέθοδο που συνδυάζει την ηλεκτροκατάλυση με το πλάσμα, επιτυγχάνοντας την αποτελεσματική μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) σε χημικές ενώσεις υψηλής αξίας.
Η σχετική μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Catalysis. Η τεχνική αυτή προσφέρει μια βιώσιμη λύση για τη μείωση των θερμοκηπικών αερίων και την παραγωγή εναλλακτικών καυσίμων, όπως τα βιώσιμα αεροπορικά καύσιμα.
Τα όρια της ηλεκτροκατάλυσης και η λύση του πλάσματος
Το διοξείδιο του άνθρακα διαθέτει εξαιρετικά ισχυρούς δεσμούς άνθρακα-οξυγόνου, γεγονός που καθιστά τη διάσπασή του ιδιαίτερα δύσκολη. Η παραδοσιακή ηλεκτροκατάλυση παράγει συνήθως απλές ενώσεις ενός άνθρακα. Για την ενίσχυση της διαδικασίας, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν πλάσμα -αέριο φορτισμένων σωματιδίων- ώστε τα ελεύθερα ηλεκτρόνια να εξασθενήσουν τους δεσμούς του CO2 πριν αυτό φτάσει στον καταλύτη. Ο συνδυασμός αυτός ξεκλειδώνει νέες αντιδράσεις, επιτρέποντας την παραγωγή μεθανόλης και βουτανίου.
Η καινοτομία της διεπαφής τριών φάσεων
Η κύρια πρόκληση στις συμβατικές διεργασίες πλάσματος ήταν η παρουσία νερού, το οποίο εξουδετέρωνε τα δραστικά σωματίδια του πλάσματος πριν αντιδράσουν. Για την ξεπέραση του εμποδίου, σχεδιάστηκε μια «διεπαφή τριών φάσεων» με τη χρήση μιας μεμβράνης διάχυσης αερίου. Η μεμβράνη φέρει λεπτό στρώμα χαλκού ως καταλύτη και διαχωρίζει το υγρό από το πλάσμα. Οι πόροι της επιτρέπουν στα σωματίδια του πλάσματος να αλληλεπιδράσουν με τα πρωτόνια του νερού πάνω στον καταλύτη.
Η μέθοδος αυτή πέτυχε από τους υψηλότερους ρυθμούς παραγωγής αλκοολών και προϊόντων με τρεις ή τέσσερις άνθρακες. Παράλληλα, το σύστημα λειτουργεί σε ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία δωματίου, προσφέροντας εύκολη κλιμάκωση και δυνατότητα άμεσης σύνδεσης με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
