Katalizatory o ogromnych powierzchniach pozwolą zamieniać CO2 w paliwo

Zamianę dwutlenku węgla w alkohol etylowy i inne, cenne substancje umożliwią katalizatory opracowywane przez dr. Wojciecha Stępniowskiego. Katalizatory zbudowane są z nanodrucików, mają ogromne powierzchnie, co zapewnia wystarczająco dużo miejsca cząsteczkom biorącym udział w reakcji.

Aby zredukować dwutlenek węgla do innych substancji, stosuje się metody elektrochemiczne, w tym – katalizatory. Są to substancje umożliwiające i ułatwiające reakcję chemiczną, choć niebiorące w niej udziału. W wyniku takiej reakcji mogą powstać węglowodory potrzebne do wykonania polimerów, czyli popularnych plastików. Z CO2 można również uzyskać alkohol etylowy do różnych zastosowań, na przykład jako paliwo do samochodów.

"Wtórne używanie etanolu otrzymanego z dwutlenku węgla jako paliwa do pojazdów spalinowych to pomysł wart rozważenia. W Brazylii od dekad większość samochodów jest napędzana etanolem z trzciny cukrowej, a ten uzyskiwany z dwutlenku węgla nie jest od niego gorszy, to ten sam związek chemiczny. Świat idzie do przodu. Spalanie etanolu to zwykła prosta reakcja chemiczna. Spala się on na tej samej zasadzie jak węglowodory, wchodzące w skład konwencjonalnych paliw" – tłumaczy dr Stępniowski.

Aby jednak takie reakcje zaszły i były wydajne, potrzebne są katalizatory o rozbudowanej powierzchni. Dr Stępniowski tworzy imponujące powierzchnie. Są one tak duże, że - stosując żartobliwe porównanie do warszawskich cen powierzchni mieszkalnych - trzeba by trzech pokoleń, żeby spłacić za nie kredyt. A jednocześnie te kilkaset metrów kwadratowych katalizatora może ważyć zaledwie jeden gram.

Jest to możliwe, ponieważ powierzchnie te zbudowane są z nanodrucików. W ogromnym powiększeniu wyglądają one jak mech leśny albo koralowce. Sumowane jest pole powierzchni każdego takiego pręcika. Aby uzyskać takie nanostruktury, trzeba utlenić elektrochemicznie miedź, a następnie ją zmodyfikować. Właśnie tak rozbudowana powierzchnia zapewni wystarczająco dużo miejsca cząsteczkom biorącym udział w reakcji. Wiążą się one z powierzchnią katalizatora i ulegają reakcji, w wyniku której otrzymuje się już inny związek chemiczny np. etanol lub eten.

Etanol czy eten stosowany w polimerach ma dwa atomy węgla. Naukowiec chciałby też uzyskiwać związki chemiczne o trzech atomach węgla w łańcuchu. Byłoby to bardziej opłacalne podczas syntezy złożonych polimerów.

"Jeżeli mamy, zgodnie z Porozumieniem Paryskim, do 2050 roku nie emitować do atmosfery nadwyżek dwutlenku węgla, to powinniśmy próbować różnych podejść i szukać nieszablonowych rozwiązań. Otrzymywanie paliwa w procesie rozkładu CO2 jest to coś czego nikt wcześniej nie robił na skalę chociażby półprzemysłową. Projekt ten ma potencjał, ale nie możemy mieć pewności, że wszystko pójdzie po naszej myśli - to cecha projektów o wysokim ryzyku, ale i wysokim wpływie na postęp w danej dziedzinie w przypadku sukcesu" - podsumowuje dr Stępniowski.

Chemik, absolwent Uniwersytetu Jagiellońskiego, po doktoracie w Wojskowej Akademii Technicznej pracował w Holandii i w Stanach Zjednoczonych. Wrócił do Polski w ramach programu Narodowej Agencji Wymiany Akademickiej "Polskie Powroty" i zbudował zespół na Wydziale Nowych Technologii i Chemii WAT. Jeden z członków jego zespołu (wcześniej pracownik Instytutu Chemii Fizycznej PAN) otrzymał niedawno grant Narodowego Centrum Nauki.