ตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิลที่กระจายตัวด้วยอะตอมระดับใหม่จะแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ที่จับได้โดยตรง (CO2) ถึงมีเทน (CH4) ตามที่ดร. Tomaz Neves-Garcia นักวิจัยหลังปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอและเพื่อนร่วมงานของเขากล่าว
การลดทางเคมีไฟฟ้าโดยตรงของชนิดการจับคาร์บอนไดออกไซด์ เช่น คาร์บาเมตและ (ไบ)คาร์บอเนต มีแนวโน้มว่าจะเกิดการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์และการแปลงจากแหล่งกำเนิดแบบจุด เครดิตภาพ: เนเวส-การ์เซียและคณะ., ดอย: 10.1021/jacs.4c09744.
คาร์บอนไดออกไซด์เป็นก๊าซเรือนกระจกที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนเป็นส่วนใหญ่ และผลิตโดยโรงไฟฟ้า โรงงาน และการขนส่งรูปแบบต่างๆ
ระบบดักจับคาร์บอนทั่วไปที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อลดการปรากฏตัวในชั้นบรรยากาศทำงานเพื่อลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยการแยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากก๊าซอื่นๆ และแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์
อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้เป็นเรื่องยากที่จะนำไปใช้ในระดับอุตสาหกรรม เนื่องจากมีพลังงานจำนวนมหาศาลที่จำเป็นสำหรับระบบเหล่านี้ในการทำงาน
“ตอนนี้ เมื่อใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีนิกเกิลเป็นพิเศษ เราได้ค้นพบวิธีที่จะประหยัดพลังงานอันมีค่านี้ได้โดยการเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่จับได้ให้เป็นมีเทนโดยตรง” ดร. เนเวส-การ์เซียกล่าว
ด้วยการใช้อะตอมของนิกเกิลที่วางอยู่บนพื้นผิวที่ถูกไฟฟ้า ดร. เนเวส-การ์เซียและผู้เขียนร่วมสามารถเปลี่ยนคาร์บาเมตซึ่งเป็นรูปแบบคาร์บอนไดออกไซด์ที่กักไว้ไปเป็นมีเทนได้โดยตรง
พวกเขาพบว่าอะตอมของนิกเกิลซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาราคาถูกและหาได้ทั่วไป สามารถแปลงสภาพได้ดีมาก
“เรากำลังก้าวจากโมเลกุลที่มีพลังงานต่ำและผลิตจากโมเลกุลนั้นให้เป็นเชื้อเพลิงที่มีพลังงานสูง” ดร. เนเวส-การ์เซียกล่าว
“สิ่งที่ทำให้สิ่งนี้น่าสนใจมากก็คือการที่ผู้อื่นจับ ฟื้นฟู และแปลงคาร์บอนไดออกไซด์เป็นขั้นตอน ในขณะที่เราประหยัดพลังงานด้วยการทำตามขั้นตอนเหล่านี้ไปพร้อมๆ กัน”
สิ่งสำคัญที่สุดคือ การปรับปรุงกระบวนการดักจับคาร์บอนให้มีประสิทธิภาพช่วยปรับกรอบสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์รู้เกี่ยวกับวัฏจักรคาร์บอน และเป็นขั้นตอนสำคัญในการจัดทำกลยุทธ์ที่ซับซ้อนมากขึ้นสำหรับเทคโนโลยีลดสภาพภูมิอากาศที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น
“เราจำเป็นต้องมุ่งเน้นไปที่การใช้พลังงานให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในการดักจับและการแปลงคาร์บอน” ดร. เนเวส-การ์เซียกล่าว
“ดังนั้น แทนที่จะดำเนินการขั้นตอนการดักจับและการแปลงทั้งหมดอย่างอิสระ เราสามารถรวมมันไว้ในขั้นตอนเดียว โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการพลังงานที่สูญเปล่า”
“แม้ว่าวิธีการดักจับคาร์บอนหลายวิธียังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่นักวิจัยจากหลากหลายสาขาที่ทำงานเพื่อปรับปรุงวิธีการเหล่านี้ แต่สาขานี้ก็มีแนวโน้มที่ดี”
“การเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นเชื้อเพลิงโดยใช้ไฟฟ้าหมุนเวียนมีศักยภาพในการปิดวงจรคาร์บอน”
“ตัวอย่างเช่น เมื่อมีการเผามีเธนเพื่อสร้างพลังงาน มันจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งหากจับและเปลี่ยนกลับเป็นมีเทน อาจนำไปสู่วงจรการผลิตพลังงานที่ต่อเนื่องโดยไม่เพิ่มภาระภาวะโลกร้อนให้กับโลก”
การศึกษานี้ยังเป็นครั้งแรกที่นักวิจัยค้นพบว่าพวกเขาสามารถใช้เคมีไฟฟ้าเพื่อให้คาร์บาเมตเปลี่ยนเป็นมีเทนได้
แม้ว่าจะมีความพยายามหลายครั้งในการแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ที่จับได้ให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์ จนถึงขณะนี้ นักวิจัยส่วนใหญ่ได้แสดงให้เห็นเพียงความสามารถในการผลิตคาร์บอนมอนอกไซด์เท่านั้น
“มีเทนอาจเป็นผลิตภัณฑ์ที่น่าสนใจจริงๆ แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดคือสิ่งนี้เปิดเส้นทางในการพัฒนากระบวนการเพิ่มเติมในการแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ที่ถูกจับไปเป็นผลิตภัณฑ์อื่นๆ” ดร. เนเวส-การ์เซียกล่าว
ของทีมงานได้รับการตีพิมพ์ในวารสารสมาคมเคมีอเมริกัน-
-
โทมาซ เนเวส-การ์เซียและคณะ- 2024. การจับคาร์บอนไดออกไซด์แบบบูรณาการโดยเอมีนและการแปลงเป็นมีเทนบนตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิลอะตอมเดี่ยวเจ.แอม เคมี. สังคมสงเคราะห์146 (46): 31633-31646; ดอย: 10.1021/jacs.4c09744
