Πηγή φωτογραφίας: MaxPixelΕ (CC0)
Οι χημικοί έχουν κατασκευάσει ένα μόριο που χρησιμοποιεί φως ή ηλεκτρισμό για να μετατρέψει το διοξείδιο του άνθρακα σε μονοξείδιο του άνθρακα—μια πηγή καυσίμου ουδέτερη από άνθρακα— πιο αποτελεσματικά από οποιαδήποτε άλλη μέθοδο «μείωσης του άνθρακα».
«Εάν μπορείτε να δημιουργήσετε ένα αρκετά αποτελεσματικό μόριο για αυτήν την αντίδραση, θα παράγει ενέργεια που είναι ελεύθερη και αποθηκευμένη με τη μορφή καυσίμων», λέει ο επικεφαλής της μελέτης Liang-shi Li, αναπληρωτής καθηγητής στο τμήμα χημείας στο Πανεπιστήμιο της Ιντιάνα στο Bloomington. «Αυτή η μελέτη είναι ένα σημαντικό άλμα προς αυτή την κατεύθυνση».
Η καύση καυσίμου - όπως το μονοξείδιο του άνθρακα - παράγει διοξείδιο του άνθρακα και απελευθερώνει ενέργεια. Η επαναφορά του διοξειδίου του άνθρακα σε καύσιμο απαιτεί τουλάχιστον την ίδια ποσότητα ενέργειας. Ένας σημαντικός στόχος μεταξύ των επιστημόνων ήταν η μείωση της απαιτούμενης περίσσειας ενέργειας.
Αυτό ακριβώς επιτυγχάνει το μόριο του Li: Απαιτείται η ελάχιστη ποσότητα ενέργειας που έχει αναφερθεί μέχρι στιγμής για να οδηγήσει τον σχηματισμό μονοξειδίου του άνθρακα. Το μόριο - ένα σύμπλεγμα νανογραφενίου-ρηνίου που συνδέεται μέσω μιας οργανικής ένωσης γνωστής ως διπυριδίνης - πυροδοτεί μια εξαιρετικά αποτελεσματική αντίδραση που μετατρέπει το διοξείδιο του άνθρακα σε μονοξείδιο του άνθρακα.
Η ικανότητα αποτελεσματικής και αποκλειστικής δημιουργίας μονοξειδίου του άνθρακα είναι σημαντική λόγω της ευελιξίας του μορίου.
«Το μονοξείδιο του άνθρακα είναι μια σημαντική πρώτη ύλη σε πολλές βιομηχανικές διαδικασίες», λέει ο Li. «Είναι επίσης ένας τρόπος αποθήκευσης ενέργειας ως καύσιμο με ουδέτερο άνθρακα, καθώς δεν ρίχνετε περισσότερο άνθρακα στην ατμόσφαιρα από αυτόν που έχετε ήδη αφαιρέσει. Απλώς απελευθερώνετε ξανά την ηλιακή ενέργεια που χρησιμοποιήσατε για να το φτιάξετε».
Το μυστικό για την αποτελεσματικότητα του μορίου είναι το νανογραφένιο—ένα κομμάτι γραφίτη σε κλίμακα νανομέτρων, μια κοινή μορφή άνθρακα (δηλαδή ο μαύρος «μόλυβδος» στα μολύβια)— επειδή το σκούρο χρώμα του υλικού απορροφά μεγάλη ποσότητα ηλιακού φωτός.
Ο Li λέει ότι τα σύμπλοκα διπυριδίνης-μετάλλου έχουν μελετηθεί από καιρό για να μειώσουν το διοξείδιο του άνθρακα σε μονοξείδιο του άνθρακα με το φως του ήλιου. Αλλά αυτά τα μόρια μπορούν να χρησιμοποιήσουν μόνο μια μικροσκοπική λωρίδα φωτός στο ηλιακό φως, κυρίως στην υπεριώδη περιοχή, η οποία είναι αόρατη με γυμνό μάτι. Αντίθετα, το μόριο εκμεταλλεύεται τη δύναμη απορρόφησης φωτός του νανογραφενίου για να δημιουργήσει μια αντίδραση που χρησιμοποιεί το ηλιακό φως σε μήκος κύματος έως και 600 νανόμετρα - ένα μεγάλο μέρος του φάσματος του ορατού φωτός.
Ουσιαστικά, λέει ο Li, το μόριο δρα ως ένα σύστημα δύο μερών: ένας «συλλέκτης ενέργειας» νανογραφενίου που απορροφά ενέργεια από το ηλιακό φως και ένας «κινητήρας» ατομικού ρηνίου που παράγει μονοξείδιο του άνθρακα. Ο συλλέκτης ενέργειας οδηγεί μια ροή ηλεκτρονίων στο άτομο του ρηνίου, το οποίο δεσμεύει επανειλημμένα και μετατρέπει το κανονικά σταθερό διοξείδιο του άνθρακα σε μονοξείδιο του άνθρακα.
Η ιδέα να συνδεθεί το νανογραφένιο με το μέταλλο προέκυψε από τις προηγούμενες προσπάθειες του Li να δημιουργήσει ένα πιο αποτελεσματικό ηλιακό στοιχείο με το υλικό με βάση τον άνθρακα. «Ρωτήσαμε τους εαυτούς μας: Θα μπορούσαμε να αποκόψουμε τον μεσαίο άνθρωπο - ηλιακά κύτταρα - και να χρησιμοποιήσουμε την ικανότητα απορρόφησης φωτός μόνο του νανογραφενίου για να οδηγήσουμε την αντίδραση;» αυτος λεει.
Στη συνέχεια, ο Li σχεδιάζει να κάνει το μόριο πιο ισχυρό, συμπεριλαμβανομένου του να το κάνει να διαρκέσει περισσότερο και να επιβιώσει σε μη υγρή μορφή, καθώς οι στερεοί καταλύτες είναι ευκολότεροι στη χρήση στον πραγματικό κόσμο. Εργάζεται επίσης για να αντικαταστήσει το άτομο του ρηνίου στο μόριο - ένα σπάνιο στοιχείο - με μαγγάνιο, ένα πιο κοινό και λιγότερο ακριβό μέταλλο.
Το Γραφείο του Πανεπιστημίου της Ιντιάνα του Αντιπροέδρου για την Έρευνα και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών υποστήριξαν την έρευνα, η οποία εμφανίζεται στο Εφημερίδα της Αμερικανικής Χημικής Εταιρείας.
πηγή: Πανεπιστήμιο της Ιντιάνα
Σχετικά βιβλία
at InnerSelf Market και Amazon
