Επιστήμονες από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης (TU Wien) και το Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο που μετατρέπει διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) και υδρατμούς σε μεθάνιο (CH₄), ανοίγοντας τον δρόμο για την παραγωγή κλιματικά ουδέτερου φυσικού αερίου.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Chemistry of Materials και αποτελεί μέρος του αυστριακού ερευνητικού προγράμματος MECS, το οποίο αναζητά νέες τεχνολογίες για την αποθήκευση ανανεώσιμης ενέργειας.
Δύο χημικές διεργασίες σε ένα βήμα
Μέχρι σήμερα, η παραγωγή μεθανίου από διοξείδιο του άνθρακα απαιτούσε υδρογόνο, το οποίο στις περισσότερες περιπτώσεις προέρχεται από ορυκτά καύσιμα. Αυτό σημαίνει ότι η συνολική διαδικασία δεν είναι πραγματικά φιλική προς το περιβάλλον.
Η νέα τεχνική καταφέρνει να διασπά ταυτόχρονα το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό. Από το CO₂ προέρχεται ο άνθρακας και από το νερό το λεγόμενο «πράσινο» υδρογόνο, τα οποία στη συνέχεια ενώνονται για να σχηματίσουν ανανεώσιμο μεθάνιο.
Ο καθοριστικός ρόλος του ζιρκονίου
Οι ερευνητές μελέτησαν ένα υλικό που αποτελείται από νικέλιο πάνω σε ζιρκόνιο σταθεροποιημένη με ύττριο. Μέχρι σήμερα θεωρείτο ότι το νικέλιο ήταν το βασικό στοιχείο της αντίδρασης.
Ωστόσο, τα πειράματα αποκάλυψαν ότι το ζιρκόνιο δε λειτουργεί απλώς ως υπόστρωμα μεταφοράς ιόντων οξυγόνου, αλλά συμμετέχει ενεργά στη χημική διαδικασία.
Όταν εφαρμόζεται ηλεκτρική τάση, άνθρακας εναποτίθεται αρχικά στο νικέλιο και στη συνέχεια μεταφέρεται στη ζιρκονία, όπου σχηματίζεται μια ιδιαίτερα δραστική ένωση άνθρακα και ζιρκονίου. Όταν αυτή έρθει σε επαφή με μικρές ποσότητες υδρατμών, παράγεται μεθάνιο μέσω μιας μέχρι σήμερα άγνωστης χημικής διαδρομής.
Αποθήκευση ανανεώσιμης ενέργειας
Η νέα διαδικασία θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για την αποθήκευση πλεονάζουσας ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, όπως η ηλιακή ενέργεια. Τις ημέρες με αυξημένη παραγωγή από φωτοβολταϊκά, η επιπλέον ηλεκτρική ενέργεια θα μπορεί να χρησιμοποιείται για τη μετατροπή νερού και CO₂ σε μεθάνιο.
Το παραγόμενο καύσιμο μπορεί να αποθηκευτεί για μεγάλο χρονικό διάστημα και να χρησιμοποιηθεί αργότερα είτε ως φυσικό αέριο είτε ως πρώτη ύλη για την παραγωγή άλλων ανανεώσιμων υγρών καυσίμων.
Νέες προοπτικές για την πράσινη ενέργεια
Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι η ανακάλυψη του νέου μηχανισμού αντίδρασης μπορεί να οδηγήσει στον σχεδιασμό πιο αποδοτικών ηλεκτρολυτικών συστημάτων, συμβάλλοντας στη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα και στην ευρύτερη αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
