Μετατροπή του CO2 σε καύσιμο!

Με τα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) στην ατμόσφαιρα να αυξάνουν ανεξέλεγκτα, οι επιστήμονες εναγωνίως αναζητούν τρόπους για τη μείωσή τους. Την ίδια στιγμή, οι συνεχώς αυξανόμενες τιμές της ενέργειας κάνουν επιτακτική την ανάγκη για εύρεση εναλλακτικών  πηγών ενέργειας.

Τι θα γινόταν αν ήταν εφικτή η δέσμευση του CO2 και η μερική μετατροπή του σε καύσιμο; Το Ευρωπαϊκά χρηματοδοτούμενο πρόγραμμα ELCAT (Electrocatalytic Gas-Phase Conversion of CO2 in Confined Catalysts) αποδείχθηκε η μελέτη που θα μπορούσε να πραγματοποιήσει αυτό ακριβώς. Παρόλο που η τεχνολογία βρίσκεται ακόμα σε πρώιμο στάδιο, οι εμπλεκόμενοι στο πρόγραμμα ευελπιστούν πως θα είναι έτοιμη προς αξιοποίηση σε περίπου 10 χρόνια και θα μπορούσε να οδηγήσει σε μείωση των παγκόσμιων επιπέδων CO2 κατά 5%. Αυτό θα δώσει μια μεγάλη ώθηση στους στόχους της EU για μείωση των επιπέδων του CO2 κατά 20% μέχρι το 2020.

Ωστόσο, το ELCAT ήδη προσελκύει το παγκόσμιο ενδιαφέρον καθώς είναι μία από τις μόλις 10 τεχνολογίες που έχουν προταθεί για το βραβείο Earth Challenge των 25 εκατομμυρίων USD (15.7 εκατομμυρίων €).  Το βραβείο δημιουργήθηκε από των πρώην Αντιπρόεδρο των ΗΠΑ Αλ Γκόρ και τον επιχειρηματία Richard Branson και θα δοθεί στους επιστήμονες που θα καταφέρουν να βρουν μια ‘εμπορικά εκμεταλλεύσιμη ιδέα για τη μείωση των ανθρωπογενών αερίων του θερμοκηπίου που θα οδηγήσει στην σταθερότητα του κλίματος της Γης’.

Μια ιδέα γεννιέται

Το πρόγραμμα εξελίχθηκε απο μια ιδέα σε μία ευρωπαϊκά χρηματοδοτούμενη συνεργασία μέσω ενός εικονικού εργαστηρίου που δημιουργήθηκε εφτά χρόνια πριν από Γάλλους, Γερμανούς και Ιταλούς επιστήμονες με στόχο τη δημιουργία ιδεών και τη διεξαγωγή συζητήσεων. Κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας συνάντησης, ανταλλάχθηκαν απόψεις πάνω στο χειρισμό του CO2 και από αυτό γεννήθηκε η ιδέα για το ELCAT.

Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Μεσίνα στην Ιταλία και το Πανεπιστήμιο της Πάτρας στην Ελλάδα, που έπαιρναν μέρος στο ερευνητικό αυτό πρόγραμμα, παρατήρησαν μια ηλεκτροκαταλυτική αντίδραση, κατά την οποία ένας καταλύτης μετέτρεπε το διοξείδιο του άνθρακα σε υδρογονάνθρακες και αλκοόλες σε θερμοκρασία δωματίου και ατμοσφαιρική πίεση.

Τα προϊόντα της αντίδρασης ήταν όμοια με εκείνα που παράγονται από τη λεγόμενη αντίδραση Fischer-Tropsch (FT) κατά την οποία το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) μετατρέπεται σε υδρογονάνθρακες και νερό. Η αντίδραση FT θεωρείται σαν πιθανή πηγή καυσίμων και πρωτογενών υλών και σε κάποιες χώρες χρησιμοποιείται ήδη για την παραγωγή υποκατάστατων του πετρελαίου. Ωστόσο, έχει και μειονεκτήματα: απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις λειτουργίας και είναι δύσκολο να ελεγχθούν ποιοί υδρογονάνθρακες παράγονται και σε ποιές ποσότητες.

Οι επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Μεσίνα (ομάδα καθηγητή G. Centi) και στο Πανεπιστήμιο της Πάτρας (ομάδα καθηγητή Κ. Βαγενά και Δρ. Σ. Σουεντίε), αναγνώρισαν αμέσως τη δυναμική της διαδικασίας που μπορούσε να αναπαράγει τα αποτελέσματα της αντίδρασης FT σε χαμηλές θερμοκρασίες και πιέσεις. Η καινούρια αντίδραση είχε επίσης το πλεονέκτημα της χρήσης ενός από τους κύριους αέριους ρύπους, του διοξειδίου του άνθρακα, σαν πρώτη ύλη. Το CO2 μπορεί να αποκτηθεί από εξατμίσεις ή απαέρια διεργασιών, χρησιμοποιώντας τεχνολογίες που αναπτύχθηκαν για τη δέσμευση και αποθήκευσή τους.

Παρά όλα αυτά, η αντίδραση που παρατήρησαν οι επιστήμονες στη Μεσίνα δεν λειτουργούσε τέλεια: ο καταλύτης απενεργοποιούνταν γρήγορα και η απόδοση της διεργασίας ήταν σχετικά χαμηλή- υπήρχε μόνο 1% μετατροπή του CO2. Άλλη μια δυσκολία αποτελούσε το γεγονός ότι οι περισσότερες μελέτες στην ηλεκτροκατάλυση αφορούσαν στην υγρής-φάσης ηλεκτροκατάλυση και η καινούρια διαδικασία αφορούσε αέριας-φάσης ηλεκτροκατάλυση.

Η πρόκληση για την ομάδα του ELCAT ήταν η αντιμετώπιση των δυσκολιών αυτών και να αποδείξει ότι η προτεινόμενη διαδικασία είναι μια πραγματοποιήσιμη λύση για την ανακύκλωση του διοξειδίου του άνθρακα από την καύση ορυκτών καυσίμων και η μετατροπή του ξανά σε καύσιμο.

Αποδεικνύοντας την ιδέα - Από ‘τη δέσμευση και αποθήκευση του CO2’ στην ‘εκμετάλλευση του CO2’

Το βασικό επίτευγμα του προγράμματος ήταν η απόδειξη ότι είναι δυνατή η εργασία στην αέρια φάση καθώς και η αξιοποίηση των νανοσχηματισμένων ηλεκτροκαταλυτών για τη δημιουργία υδρογονανθράκων μακριάς αλυσίδας και αλκοολών σε ατμοσφαιρική θερμοκρασία και πίεση.
   
Τα αποτελέσματα του προγράμματος παρουσιάζουν εξαιρετικό ενδιαφέρον και για τις βιομηχανίες καθώς το διοξείδιο του άνθρακα αποτελεί αρνητικό κόστος για αυτές. Χάρη στις νέες τεχνολογίες που αναπτύχθηκαν από το ELCAT, ξεκινούν τώρα να θεωρούν το CO2 σαν πρώτη ύλη που μπορεί να μετατραπεί σε άλλα πιο χρήσιμα χημικά ή καύσιμα.

Οι επιστήμονες εικάζουν επίσης πώς η τεχνολογία αυτή μπορεί να θεωρηθεί χρήσιμη για επικείμενα ταξίδια στον Άρη. Επί του παρόντος, η κύρια πρόκληση ενός τέτοιου ταξιδίου είναι το κατά πόσο μπορούν να παραχθούν, στον κόκκινο πλανήτη, καύσιμα για το ταξίδι της επιστροφής στη Γη. Η ατμόσφαιρα του Άρη αποτελείται κυρίως από CO2 και υπάρχει επίσης στον πλανήτη νερό και ήλιος.

Με τη νέα αυτή τεχνολογία, οι αστροναύτες μπορούν να παράγουν καύσιμα επί τόπου. Αρκετές μελέτες έχουν χρηματοδοτηθεί από τη NASA για την εύρεση λύσεων, μια από αυτές αφορά την πιθανότητα χρήσης μιας συσκευής που παράγει μονοξείδιο του άνθρακα και νερό στον Άρη, ακολουθούμενη από ηλεκτρόλυση του νερού και παραγωγή οξυγόνου και υδρογόνου.