סוג חדש של זרזי ניקל מפוזרים בצורה אטומית ממירה ישירות פחמן דו חמצני נלכד (CO2) למתאן (CH4), לפי ד"ר תומאז נבס-גרסיה, חוקר פוסט-דוקטורט באוניברסיטת אוהיו סטייט, ועמיתיו.
הפחתה אלקטרוכימית ישירה של מיני לכידת פחמן דו חמצני, כלומר קרבמט ו(בי)קרבונט, יכולה להיות מבטיחה ללכידה והמרה של פחמן דו חמצני ממקור נקודתי. קרדיט תמונה: Neves-Garciaet al., doi: 10.1021/jacs.4c09744.
פחמן דו חמצני הוא גז חממה המהווה חלק גדול מהאקלים המתחמם של כדור הארץ, והוא מיוצר על ידי תחנות כוח, מפעלים וצורות תחבורה שונות.
מערכות טיפוסיות ללכידת פחמן שמטרתן להפחית את נוכחותו באטמוספירה פועלות להורדת פליטת פחמן דו חמצני על ידי בידוד פחמן דו חמצני מגזים אחרים והמרתו למוצרים שימושיים.
עם זאת, תהליך זה קשה ליישום בקנה מידה תעשייתי בשל כמות האנרגיה העצומה הנדרשת למערכות אלו לפעול.
"כעת, באמצעות זרז מיוחד המבוסס על ניקל, גילינו דרך לחסוך הרבה מהאנרגיה היקרה הזו על ידי הפיכת פחמן דו חמצני נלכד ישירות למתאן", אמרה ד"ר נבס-גרסיה.
על ידי שימוש באטומי ניקל המונחים על משטח מחושמל, הצליחו ד"ר נבס-גרסיה ומחברים משותפים להמיר ישירות את הקרבמט, הצורה הכלואה של פחמן דו חמצני, למתאן.
הם גילו שאטומי ניקל, זרז זול וזמין באופן נרחב, היו טובים מאוד בביצוע המרה זו.
"אנחנו הולכים ממולקולה שיש לה אנרגיה נמוכה ומייצרים ממנה דלק שיש לו אנרגיה גבוהה", אמרה ד"ר נבס-גרסיה.
"מה שהופך את זה לכל כך מעניין הוא שאחרים לוכדים, משחזרים ואז ממירים פחמן דו חמצני בשלבים, בזמן שאנחנו חוסכים אנרגיה על ידי ביצוע שלבים אלה בו זמנית."
והכי חשוב, ייעול תהליך לכידת הפחמן עוזר למסגר מחדש את מה שמדענים יודעים על מחזור הפחמן, ומהווה צעד חיוני להקמת אסטרטגיות מורכבות יותר לטכנולוגיות מהירות ויעילות יותר להפחתת אקלים.
"עלינו להתמקד בהוצאת האנרגיה הנמוכה ביותר האפשרית עבור לכידה והמרת פחמן", אמרה ד"ר נבס-גרסיה.
"אז במקום לבצע את כל שלבי הלכידה וההמרה באופן עצמאי, אנחנו יכולים לשלב את זה בשלב אחד, לעקוף תהליכי אנרגיה בזבזניים".
"למרות ששיטות לכידת פחמן רבות עדיין בשלבים הראשונים שלהן, עם חוקרים ממגוון תחומים שפועלים לשיפורן, התחום הוא תחום מבטיח".
"להמרת פחמן דו חמצני לדלק באמצעות חשמל מתחדש יש פוטנציאל לסגור את מחזור הפחמן".
"לדוגמה, כאשר מתאן נשרף להפקת אנרגיה, הוא פולט פחמן דו חמצני, שאם נלכד והומר בחזרה למתאן, עלול להוביל למחזור מתמשך של הפקת אנרגיה מבלי להוסיף לנטל ההתחממות הגלובלית של כדור הארץ".
המחקר מייצג גם את הפעם הראשונה שחוקרים גילו שהם יכולים להשתמש באלקטרוכימיה כדי להשיג המרת קרבמט למתאן.
למרות שנעשו ניסיונות רבים להמיר פחמן דו חמצני נלכד למוצרים שימושיים, עד כה רוב החוקרים הראו רק את היכולת לייצר פחמן חד חמצני.
"מתאן יכול להיות מוצר ממש מעניין, אבל הדבר החשוב ביותר הוא שזה פותח נתיב לפיתוח תהליכים נוספים להמרת פחמן דו חמצני נלכד למוצרים אחרים", אמרה ד"ר נבס-גרסיה.
של הצוותעֲבוֹדָהפורסם ב-כתב העת של האגודה האמריקנית לכימיה.
_____
תומאז נבס-גרסיהet al. 2024. לכידת פחמן דו חמצני משולבת על ידי אמינים והמרה למתאן על זרזי ניקל חד-אטום.J. Am. Chem. Soc146 (46): 31633-31646; doi: 10.1021/jacs.4c09744
