De meeste methoden om klimaatverandering tegen te gaan, gaan over het verminderen van broeikasgasemissies: het uitvinden van schonere energiecentrales, engineering van groenere auto's. Dan is er het kamp van onderzoekers die zich richten op het onttrekken van gassen uit de atmosfeer zodra ze al zijn vrijgegeven.
Zogenaamde "kooldioxide-afvang" is controversieel geweest, vaak afgedaan als onpraktisch of onvoldoende. Maar omdat wereldwijde inspanningen om de uitstoot te verminderen moeilijk en soms teleurstellend zijn gebleken, lijkt de aanpak steeds aantrekkelijker.
Een nieuwe uitvinding, van wetenschappers aan de Universiteit van Californië, Berkeley, biedt een nieuwe kijk op koolstofafvang. De onderzoekers hebben een nanomateriaal gemaakt dat kooldioxide vernietigt door het te splitsen in zuurstof en koolmonoxide.
Wetenschappers hebben lang geprobeerd om van koolstofdioxide af te komen door de molecule te splitsen. Deze splitsingspogingen kunnen energie-intensief zijn, wat het milieudoel verslaat. Daarom hebben onderzoekers verschillende katalysatoren gebruikt om de reactie te versnellen, waardoor de hoeveelheid elektriciteit wordt verminderd die nodig is om de moleculen te splitsen. Veel wetenschappers hebben zich gericht op porfyrines, ringvormige organische moleculen, om deze reacties mogelijk te maken. Hoewel porfyrinen verschillende atomen in hun centra kunnen hebben, zijn degenen die voor dit doel worden gebruikt kobaltporfyrinen, die vooral katalytisch actief zijn. Wanneer deze porfyrinen worden toegevoegd aan een oplossing met twee elektroden, een elektrolyt en wat opgelost koolstofdioxide, worden de porfyrinen aangetrokken door de elektrolyt. Hierdoor bewegen de elektronen naar de kooldioxide en splitsen deze op in koolmonoxide en zuurstof. Maar deze aanpak is niet perfect geweest. De porfyrines klonteren samen en verliezen hun effectiviteit na verloop van tijd, en de oplossingen die worden gebruikt om het proces te laten plaatsvinden, zijn voor het milieu zelf twijfelachtig.
De onderzoekers van Berkeley lijken een nieuwe manier te vinden om hiermee om te gaan door een poreus nanomateriaal te creëren dat porfyrines met elkaar verbindt tot een gaasachtige substantie. Dit wordt een covalent organic framework (COF) genoemd. De koolstofdioxide percoleert door de COF en splitst zich in koolmonoxide en zuurstof met zeer weinig toegevoegde energie. Het werkt ongeveer 60 keer efficiënter dan het splitsen van koolstofdioxide met behulp van vrij zwevende porfyrines. Het onderzoek werd gerapporteerd in het tijdschrift Science .
Een vergroot beeld van de COF (Science) Dus wat kan er gedaan worden met de zuurstof en koolmonoxide die door het proces worden aangemaakt?
"Koolmonoxide is belangrijk omdat het een van de grondstoffen van de chemische industrie is, die brandstoffen maakt op basis van koolmonoxide", zegt Christian Diercks, een van de belangrijkste onderzoekers van het onderzoek. "Het idee is eigenlijk om koolstofdioxide te gebruiken, wat een verspilling is, en er brandstof van te maken."
In de toekomst zouden fabrieken bladen van deze nanomaterialen in gebieden waar kooldioxide wordt geproduceerd, zoals schoorstenen, kunnen gebruiken en het rechtstreeks in koolmonoxide kunnen veranderen als brandstof. Maar dit is een heel eind op de weg.
"Als je echt wilt dat zoiets als kooldioxide-reductie op grote schaal gebeurt, denk ik dat je altijd overheidsprikkels nodig hebt", zegt Diercks, "omdat het de industrie altijd lang kost om nieuwe ideeën zoals deze op te pakken."
Tot nu toe heeft het laboratorium het materiaal slechts in kleine hoeveelheden gemaakt, 30 milligram per keer. Het duurt meerdere dagen om te produceren, dus het proces moet efficiënter worden om op industrieel niveau te worden geïmplementeerd. De volgende stap van de onderzoekers is het onderzoeken van manieren om de koolmonoxide efficiënter om te zetten in brandstof.
