Świat sukcesywnie zwiększa udział etanolu w benzynach, gdyż zmniejsza to zależność od ropy naftowej. Udział biopaliw w polskich paliwach wynosi obecnie ok. 5%. Opierają się one głównie na rzepaku i kukurydzy. W wielu krajach UE można dziś tankować benzynę E10, która jest tańsza i zawiera 10% etanolu. Zamiast jednak produkować go z roślin, co podwyższa ceny żywności, można produkować go z ...CO2, dzięki czemu można by godzić cele unijne Nowego Zielonego Ładu ze wzrostem bezpieczeństwa energetycznego kraju.

W czasie ubiegłorocznego szczytu klimatycznego COP25 przedstawiono ideę gospodarki węglowej o obiegu zamkniętym (Circular Carbon Economy), która zastępuje irracjonalną demonizację węgla koncepcją w której węgiel staje się częścią rewolucji gospodarczej. William McDonough mówił wówczas: "Węgiel został zdemonizowany, ale węgiel nie jest wrogiem. Obecnym problemem jest źle zarządzany węgiel, oparty na błędnych projektach. Potrzebujemy nowej narracji węglowej, która rozpoznaje korzyści płynące z węgla i ujmuje potencjalne problemy w odpowiedzialny sposób. Prowadzi nas to do narracji o tym, jak możemy przeprojektować nasze produkty, budynki, systemy i miasta w gospodarce węglowej o obiegu zamkniętym, aby poprawić stan naszej planety." Profesor Jorge Gascón z KAUST Catalysis Research Center dodawał: "My, badacze zajmujący się katalizą, jesteśmy współczesnymi alchemikami, poszukujemy kamienia filozoficznego, który pomoże nam przekształcić odpady w zasoby. Niedługo czeka nas kolejna rewolucja w sposobie wykorzystywania naszych zasobów oraz w sposobie wytwarzania i magazynowania energii i wierzę, że kataliza odegra ogromną rolę."

Obecnie naukowcy z Argonne National Laboratory w Illinois prezentują bardzo efektywny cenowo proces zamiany dwutlenku węgla w etanol oparty właśnie na katalizie.

Zespół kierowany przez Argonne National Laboratory, jednostkę naukową Departamentu Energii USA (DOE) we współpracy z Uniwersytetem Północnej Illinois, odkrył nowy elektrokatalizator, który przekształca dwutlenek węgla (CO2) i wodę w etanol z bardzo wysoką wydajnością energetyczną i wysoką selektywnością dla pożądanego produktu końcowego, przy niskich kosztach. Etanol jest szczególnie pożądanym towarem, ponieważ jest składnikiem prawie wszystkich benzyn i jest szeroko stosowany jako półprodukt w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym i kosmetycznym.

"Proces powstały w wyniku działania naszego katalizatora przyczyniłby się do gospodarki węglowej o obiegu zamkniętym, która pociąga za sobą ponowne wykorzystanie dwutlenku węgla" - powiedział Di-Jia Liu, starszy chemik w dziale nauk chemicznych i inżynierii z Argonne oraz naukowiec z Uniwersytetu w Chicago. Proces ten dokonałby się poprzez elektrochemiczną konwersję CO2 emitowanego z procesów przemysłowych, takich jak elektrownie na paliwa kopalne lub zakłady fermentacji alkoholu, w cenne towary po rozsądnych kosztach. Nowy katalizator składa się z atomowo rozproszonej miedzi na nośniku z proszku węglowego. W wyniku reakcji elektrochemicznej rozkłada on cząsteczki CO2 i wody i selektywnie ponownie składa rozbite cząsteczki w etanol pod zewnętrznym polem elektrycznym. Selektywność elektrokatalityczna lub "wydajność Faradaya" procesu wynosi ponad 90 procent, znacznie wyższa niż w jakimkolwiek innym opisywanym procesie. Co więcej, katalizator pracuje stabilnie podczas dłuższej pracy przy niskim napięciu.

"Dzięki tym badaniom odkryliśmy nowy mechanizm katalityczny przemiany dwutlenku węgla i wody w etanol" - powiedział Tao Xu, profesor chemii fizycznej i nanotechnologii z Northern Illinois University. "Mechanizm powinien również stanowić podstawę do opracowania wysoce wydajnych elektrokatalizatorów do konwersji dwutlenku węgla w szeroki wachlarz chemikaliów o wartości dodanej".

Ponieważ CO2 jest stabilną cząsteczką, przekształcenie go w inną cząsteczkę jest zwykle energochłonne i kosztowne. Jednakże, według Liu, "Moglibyśmy połączyć proces elektrochemiczny konwersji CO2 na etanol przy użyciu naszego katalizatora z siecią elektryczną i skorzystać z taniej energii elektrycznej dostępnej ze źródeł odnawialnych, takich jak słońce i wiatr, poza godzinami szczytu". Ponieważ proces przebiega w niskiej temperaturze i ciśnieniu, może szybko rozpocząć się i zatrzymać w odpowiedzi na przerywane dostawy odnawialnej energii elektrycznej.

"Przygotowaliśmy kilka nowych katalizatorów wykorzystując to podejście i stwierdziliśmy, że wszystkie one są bardzo wydajne w konwersji CO2 do innych węglowodorów" - powiedział Liu. "Planujemy kontynuowanie tych badań we współpracy z przemysłem, aby rozwijać tę obiecującą technologię".

Źródła:

Researchers discover new electrocatalyst for turning carbon dioxide into liquid fuel

Scientists and innovators present the Circular Carbon Economy at COP25

Etanol i współuwodornienie są szansą na zwiększenie udziału biopaliw w Polsce