Συχνά πιστεύουμε ότι το διοξείδιο του άνθρακα δεν είναι τίποτα άλλο από παράγοντας ρύπανσης καθώς είναι παραπροϊόν εργοστασίων, οχημάτων και σταθμών ηλεκτροπαραγωγής και ένας από τους κύριους παράγοντες της κλιματικής αλλαγής. Τι θα γινόταν όμως αν μπορούσαμε να δεσμεύσουμε το διοξείδιο και να το μετατρέψουμε σε κάτι χρήσιμο; Ερευνητές στο University of Michigan, μαζί με συνεργάτες από το UC Davis και το UCLA, εργάζονται πάνω σε αυτό και παρουσιάζουν τα, εντυπωσιακά, αποτελέσματα της έρευνας τους.
Αξιοποίηση του διοξειδίου του άνθρακα
Η ερευνητική ομάδα έχει αναπτύξει μια μέθοδο για τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε οξαλικά μεταλλικά άλατα (metal oxalates), τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δομικά στοιχεία στην κατασκευή τσιμέντου.
«Η έρευνα καταδεικνύει ότι μπορούμε να δεσμεύσουμε το διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο όλοι γνωρίζουμε ότι είναι ένα απόβλητο προϊόν μικρής έως μηδενικής αξίας και να το ανακυκλώσουμε, μετατρέποντας το σε κάτι που είναι πολύτιμο», δήλωσε ο Charles McCrory, αναπληρωτής καθηγητής χημείας στο University of Michigan.
«Δεν παίρνουμε απλώς διοξείδιο του άνθρακα και το θάβουμε. Το δεσμεύουμε από διαφορετικές σημειακές πηγές και το επαναχρησιμοποιούμε για να παράξουμε κάτι χρήσιμο».
Η μελέτη προέκυψε από έναν οργανισμό που ονομάζεται Center for Closing the Carbon Cycle (4C), ο οποίος χρηματοδοτείται από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ. Ένας από τους στόχους του 4C είναι να βρει πρακτικούς τρόπους δέσμευσης και επαναχρησιμοποίησης του διοξειδίου του άνθρακα.
Τσιμέντο με μικρότερο αποτύπωμα
Ο πιο συνηθισμένος τύπος τσιμέντου, γνωστός ως τσιμέντο Portland, παράγεται με θέρμανση ασβεστόλιθου και άλλων ορυκτών. Η διαδικασία απαιτεί πολλή ενέργεια και παράγει σημαντική ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα. Για το λόγο αυτό, η ερευνητική ομάδα ανέλυσε διάφορα σενάρια χρήσης CO2 για τη δημιουργία υλικών που θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τα παραδοσιακά συστατικά του τσιμέντου.
Η ομάδα επικεντρώθηκε στα οξαλικά μεταλλικά άλατα τα οποία είναι απλές ενώσεις που μπορούν να χρησιμεύσουν ως εναλλακτικά πρόδρομα υλικά για την παραγωγή τσιμέντου. Είναι γνωστό ότι ο μόλυβδος θα μπορούσε να λειτουργήσει ως καταλύτης για να βοηθήσει στη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε οξαλικά μεταλλικά άλατα. Ωστόσο, η χρήση του μολύβδου οδηγεί σε ένα σημαντικό πρόβλημα καθώς απαιτείται συνήθως μεγάλη ποσότητα μολύβδου στη διαδικασία και αυτό εγκυμονεί σοβαρούς κινδύνους για το περιβάλλον και την υγεία.
Ένα ίχνος κάνει μεγάλη διαφορά
Σε αυτόν ακριβώς τον τομέα η ομάδα του 4C έκανε μια σημαντική ανακάλυψη. Χρησιμοποίησαν ειδικά πολυμερή που επέτρεψαν τη μείωση της απαιτούμενης ποσότητας μολύβδου σε επίπεδα ppb, δηλαδή τόσο χαμηλά που είναι συγκρίσιμα με τα επίπεδα ακαθαρσιών σε εμπορικά υλικά.
«Τα μεταλλικά ιόντα συνδυάζονται με τις οξαλικές ενώσεις για να δημιουργήσουν ένα στερεό και αυτό το στερεό μπορεί να διαχωριστεί από το διάλυμα. Αυτό είναι το προϊόν που συλλέγουμε και το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη διαδικασία παραγωγής τσιμέντου». εξήγησε ο McCrory.
Προσαρμόζοντας το μικροπεριβάλλον - τη χημική σύνθεση γύρω από τον καταλύτη - οι ερευνητές μπόρεσαν να ενισχύσουν την αποτελεσματικότητα της αντίδρασης, χρησιμοποιώντας ελάχιστες ποσότητες μολύβδου.
Τσιμέντο από διοξείδιο του άνθρακα
Η διαδικασία λειτουργεί χρησιμοποιώντας ένα ζεύγος ηλεκτροδίων. Το ένα από αυτά μετατρέπει το διοξείδιο του άνθρακα σε διαλυμένα οξαλικά ιόντα. Το άλλο, κατασκευασμένο από μέταλλο, απελευθερώνει ιόντα που προσκολλώνται πανω στην οξαλική ένωση και σχηματίζουν στερεά οξαλικά μεταλλικά άλατα τα οποία συλλέγονται και χρησιμοποιούνται στην παραγωγή τσιμέντου.
«Τα οξαλικά μεταλλικά άλατα χρησιμεύουν ως εναλλακτικά υλικά για την παραγωγή τσιμέντου, πρόδρομες ουσίες σύνθεσης και ακόμη μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε λύσεις αποθήκευσης διοξειδίου του άνθρακα», δήλωσε ο Jesus Velasquez, συνεπικεφαλής της μελέτης από το UC Davis.
Η Anastassia Alexandrova, χημικός και Καθηγήτρια στο University of California, επιβεβαίωσε την επιστήμη πίσω από την ιδέα χρησιμοποιώντας μοντελοποίηση μέσω υπολογιστή. «Οι καταλύτες ανακαλύπτονται συχνά τυχαία ή εμπειρικά μέσω δοκιμής και λάθους και η σύνθεση τους είναι συχνά πολύ περίπλοκη. Σε αυτή τη μελέτη, έχουμε ένα παράδειγμα ίχνους ακαθαρσίας μολύβδου που είναι στην πραγματικότητα καταλύτης. Πιστεύω ότι υπάρχουν πολλά περισσότερα τέτοια παραδείγματα στην επιστήμη της κατάλυσης και, εμείς που ασχολούμαστε με τον τομέα, έχουμε πραγματικά πολύ μεγάλα περιθώρια για την ανακάλυψη νέων καταλυτών», ανέφερε χαρακτηριστικά η Alexandrova.
Χρήση τσιμέντου για την αποθήκευση διοξειδίου του άνθρακα
Μόλις το διοξείδιο του άνθρακα δεσμευθεί στα οξαλικά μεταλλικά άλατα, είναι απίθανο να επιστρέψει στην ατμόσφαιρα υπό κανονικές συνθήκες. Αυτό καθιστά τη διαδικασία όχι απλώς μια μέθοδο ανακύκλωσης διοξειδίου του άνθρακα, αλλά και έναν τρόπο για την ασφαλή αποθήκευση του.
«Είναι μια επιστημονικά άρτια διαδικασία δέσμευσης γιατί έχει σταθερά αποτελέσματα. Αλλά είναι επίσης μια πρακτική διαδικασία δέσμευσης επειδή παρέχει ένα χρήσιμο και πολύτιμο υλικό που έχει εφαρμογές κατάντη», εξηγεί ο McCrory.
Η ερευνητική ομάδα πιστεύει ότι η μέθοδος τους θα μπορούσε να κλιμακωθεί για βιομηχανική χρήση. Απομένει πολλή δουλειά για τη βελτιστοποίηση της παραγωγής του τελικού στερεού προϊόντος, αλλά το χαμηλό επίπεδο μολύβδου που απαιτείται είναι ένα βασικό βήμα για να γίνει η διαδικασία περιβαλλοντικά υπεύθυνη.
«Είμαστε πολύ μακριά από την ευρεία εφαρμογή, αλλά νομίζω ότι μπορούμε να το καταφέρουμε. Η επιτυχία μας να μειώσουμε τον καταλύτη μολύβδου σε ppb δημιουργεί μια περιβαλλοντικά υπεύθυνη διαδικασία», πρόσθεσε ο McCrory.
Η πλήρης μελέτη έχει δημοσιευθεί στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Materials.
Με πληροφορίες από earth.com
