Nowy rodzaj katalizatora do wychwytywania dwutlenku węgla

Naukowcy opracowali nowy rodzaj katalizatora, który może znacznie usprawnić procesy wychwytywania dwutlenku węgla.

Katalizator to substancja, która przyspiesza reakcję chemiczną, nie zużywając się w tym procesie. Obniża energię wymaganą do zajścia reakcji, czyniąc ją bardziej wydajną. W procesach przemysłowych katalizatory są niezbędne do ułatwienia reakcji, które w przeciwnym razie byłyby zbyt wolne lub wymagałyby zbyt dużej ilości energii.

Jednym z głównych wyzwań związanych z wychwytywaniem dwutlenku węgla (CO2) z emisji przemysłowych jest obecność zanieczyszczeń, takich jak dwutlenek siarki (SO2). Zanieczyszczenia mogą „zatruwać” tradycyjne katalizatory, drastycznie zmniejszając ich wydajność. Istniejące metody oczyszczania gazów spalinowych przed ich wprowadzeniem do systemów wychwytywania dwutlenku węgla są zarówno czasochłonne, jak i kosztowne, co często sprawia, że proces jest mniej opłacalny na dużą skalę.

Zespół kierowany przez profesora Davida Sintona rozwiązał problem, projektując bardziej odporny katalizator, który może wytrzymać te trudne warunki. Nowy katalizator zawiera cienką warstwę politetrafluoroetylenu (teflonu) z jednej strony i Nafion, polimer przewodzący prąd elektryczny, z drugiej. Warstwy te zmieniają chemię powierzchni katalizatora, zapobiegając wiązaniu się z nim SO2, a tym samym utrzymując jego wydajność.

W elektrolizerze, w którym CO2 jest przekształcane w użyteczne produkty, takie jak etylen i etanol, katalizator odgrywa kluczową rolę. Nowy katalizator zapewnia, że reakcja może być kontynuowana wydajnie nawet w przypadku obecności zanieczyszczeń. Zostało to zademonstrowane przy użyciu mieszaniny CO2 i SO2 w typowych stężeniach przemysłowych. Co ciekawe, nowy katalizator utrzymał wydajność Faradaya na poziomie 50% przez 150 godzin, w porównaniu do konwencjonalnych katalizatorów, które tracą wydajność w ciągu kilku minut, gdy są narażone na tego typu warunki.

Jednym z najbardziej obiecujących aspektów nowej konstrukcji katalizatora jest jego zdolność do adaptacji. Z powodu braku zmiany podstawowego składu katalizatora, może być potencjalnie stosowana do różnych wysokowydajnych katalizatorów, które są już w użyciu. Oznacza to, że przemysł może wzbogacić swoje istniejące systemy o tę nową warstwę ochronną, czyniąc wychwytywanie dwutlenku węgla bardziej praktycznym i mniej kosztownym.

Chociaż tlenki siarki są jednymi z najtrudniejszych zanieczyszczeń, nie są jedynymi. Zespół badawczy pracuje obecnie nad innymi zanieczyszczeniami, takimi jak tlenki azotu i tlen. Sukces z tlenkami siarki sugeruje, że podobne strategie mogą być skuteczne w przypadku innych zanieczyszczeń, co dodatkowo poszerza zakres tej technologii.

Postęp stanowi znaczący krok naprzód w uczynieniu wychwytywania dwutlenku węgla bardziej wykonalnym dla branż, które są trudne do dekarbonizacji. Zmniejszając potrzebę szeroko zakrojonej obróbki wstępnej gazów spalinowych, może obniżyć całkowity koszt i złożoność systemów wychwytywania dwutlenku węgla. Może to przyspieszyć przyjęcie takich technologii, przyczyniając się do globalnych wysiłków na rzecz ograniczenia emisji gazów cieplarnianych i walki ze zmianami klimatu.

Opracowanie nowoczesnego katalizatora odpornego na zanieczyszczenia stanowi przyczyniającą się innowację w dziedzinie wychwytywania dwutlenku węgla. Oferuje praktyczne rozwiązanie jednej z kluczowych przeszkód napotykanych przez przemysłowe systemy wychwytywania dwutlenku węgla, torując drogę dla czystszych i bardziej zrównoważonych procesów przemysłowych.

Szymon Ślubowski