Forskere vil lave sprut ud af klimaforandringerne

Hvis jeg skriver CO₂ og klimaforandringer, ved de fleste nok godt, hvad problemet drejer sig om.

Vi mennesker udleder gennem vores aktiviteter enorme mængder CO₂ til atmosfæren, og det er et problem for klimaet, naturen og ikke mindst for os selv.

Både politikere og forskere falder derfor i disse år over hinanden for at fremføre forslag til, hvad der kan gøres ved problemet, og de fleste af disse forslag involverer en reduktion i udledningen af CO₂.

Der er dog også den mulighed, at man, i stedet for blot at reducere udledningen af CO₂, også indfanger noget af den drivhusgas, der allerede er udledt eller bliver udledt, og omdanner den til noget mere anvendeligt.

Det er faktisk præcis det, som forskere er lykkedes med i et nyt studie, hvor de har formået at udvikle en katalysator, der kan omdanne CO₂ og brint til etanol – i essensen sprut.

Forskningen er publiceret i to videnskabelige studier i Journal of the American Chemical Society og Angewandte Chemie.

»Etanol er interessant, fordi det kan benyttes i mange forskellige industrier, for eksempel til at lave brændstof eller inden for medicinalindustrien. Den etanol, som bliver benyttet i dag, stammer fra afgrøder, der skal dyrkes og høstes, og det er dyrt. Her præsenterer vi en mulighed for at omdanne CO₂ til en værdifuld ressource, hvilket forhåbentlig kan være et incitament for industrien til ikke at udlede CO₂, men i stedet indfange det, omdanne det og tjene penge på det,« fortæller en af forskerne bag studiet, lektor Matteo Cargnello fra Stanford University, USA.

Skal gøres let for industrien at tjene flere penge

Matteo Cargnello og hans kollegaer er ikke de første til at tænke på at indfange CO₂ og omdanne det til noget industrielt relevant.

Det har andre forskere undersøgt før.

Et gennemgående problem er dog, at når man omdanner CO₂ til noget andet, er den kemiske proces ikke særlig selektiv.
Det vil sige, at resultatet af den kemiske proces ofte er en blanding af en masse forskellige stoffer, der skal skilles fra hinanden, før de kan bruges industrielt.

Det er både besværligt og dyrt og som sådan uinteressant for den industri, der udleder CO₂.

Der er med andre ord brug for en anden tilgang, hvor man mere selektivt kan omdanne CO₂ til et rent produkt, som man så enten kan udnytte eller sælge videre.

»Det handler om at lukke cirklen i forbruget af CO₂, så vi ikke producerer mere af drivhusgassen, men i stedet cirkulerer den CO₂, som allerede er derude,« siger Matteo Cargnello.

Udviklede særlig katalysator

Når det drejer sig om at blande CO₂ og hydrogen sammen og derved få etanol ud af det, kan man ikke bare blande de to stoffer i en kolbe og ryste den lidt.
Der mangler meget simpelt ”noget”, der tilfører den kemiske proces et ”spark”, så den kan forløbe.

Et sådant spark er ofte en katalysator, hvor reaktionen mellem to stoffer og et helt tredje stof får reaktionen mellem de to første stoffer til at glide lidt lettere.
I studiet kiggede forskerne derfor efter katalysatorer, der kunne få blandingen af CO₂ og hydrogen til at reagere og danne ikke bare en masse forskellige stoffer, men helst udelukkende etanol.

Forskerne identificerede behovet for en katalysator, der både kunne lave metan og metanol, hvorefter kombinationen af metan og metanol kunne reagere og danne etanol.
Denne søgen efter en katalysator resulterede i identifikationen af ruthenium og indium, der er rigtig gode til at omdanne CO₂ til henholdsvis metan og metanol.
Forskerne gjorde derfor det, at de i nanoskala designede en ruthenium-indium-oxid-katalysator.

»Vi har arbejdet inden for feltet i lang tid og også arbejdet med at omdanne CO₂ til andre typer af industrielt interessante kemikalier, men etanol er særligt interessant, fordi det er meget værdifuldt, og betydningen for CO₂-regnskabet derfor potentielt set kan være rigtig stor,« siger Matteo Cargnello.

Lavede 70 pct. etanol

I næste del af forskningen testede forskerne, om deres nye katalysator, der er et fint pulver, også kunne lave etanol ud af CO₂ og hydrogen.
Det gjorde forskerne i en lukket metalcylinder, som de udsatte for tryk (seks bar) og varme (225 grader celsius) for at få den kemiske proces til at forløbe lidt hurtigere.

Efterfølgende analyserede forskerne de gasser, der kom ud af den anden ende.
De første forsøg resulterede kun i produktionen af metanol, men efterhånden som forskerne fik justeret deres katalysator, fik de den til at producere mere og mere etanol, indtil reaktionen resulterede i, at de gasser, der kom ud af reaktionen, bestod af 70 pct. etanol.

»Det er vores store opdagelse. Vi var ved hjælp af vores katalysator i stand til at dirigere den kemiske proces og få det resultat ud af det, som vi havde håbet på,« forklarer Matteo Cargnello.

Han uddyber, at det vil være nødvendigt at adskille etanol fra vanddamp, men at det er let at gøre, og at udbyttet derefter ville stige til 95 pct. etanol, hvilket er på niveau med destillering.

Skal gøres billigere og opskaleres

Nuvel, selvom forskerne har vist, at de med deres ruthenium-indium-oxid-katalysator kan lave sprut ud af drivhusgasser, er arbejdet ikke slut endnu.

Problemet med ruthenium og indium er, at det er sjældne metaller, der dermed også er dyre.
At bruge den udviklede katalysator er med andre ord ikke en rentabel forretning.

Derfor er det næste skridt i forskernes arbejde også at identificere, hvordan de kan lave en katalysator med lignende egenskaber fra overgangsmetaller, der er lettere tilgængelige og dermed også billigere.

Ydermere vil forskerne også gerne udvikle et system, der kan indbygges i en skorsten, så CO₂ kan indfanges direkte dér, hvor det udledes, omdannes og tappes som etanol.

Matteo Cargnello håber, at forskerne kan have en prototype klar om cirka fem år.

»Vi har en hypotese om, at vi kan få det til at fungere med billigere metaller, og at vi kan opskalere det. Formålet er, at vores opdagelse ikke kun skal være akademisk relevant, men at det kan opskaleres til noget, der er relevant for industrien,« siger han.