فن‌آوری‌های حذف کربن از اتمسفر همچنان در حال بهبود هستند، اما راه‌حل‌هایی برای اینکه پس از جذب کربن با آن چه کنیم، دشوارتر است.

آزمایشگاه دانشمند مواد دانشگاه رایس، Pulickel Ajayan و همکارانش راهی برای جدا کردن کربن از دی اکسید کربن و چسباندن آن به اتم های هیدروژن، ایجاد متان – یک سوخت با ارزش و خوراک صنعتی – ایجاد کردند. بر اساس مطالعه منتشر شده در Advanced Materials، این روش بر الکترولیز و کاتالیزورهایی است که با پیوند اتم‌های مس جدا شده روی قالب‌های پلیمری دوبعدی ایجاد شده‌اند.

Soumyabrata Roy، دانشمند تحقیقاتی در آزمایشگاه Ajayan و نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: «تبدیل دی‌اکسید کربن مبتنی بر الکتریسیته می‌تواند طیف وسیعی از سوخت‌های صنعتی و مواد اولیه را از طریق مسیرهای مختلف تولید کند. با این حال، تبدیل دی اکسید کربن به متان شامل یک مسیر هشت مرحله‌ای است که چالش‌های مهمی را برای تولید متان انتخابی و کارآمد ایجاد می‌کند.

غلبه بر چنین مسائلی می تواند به بسته شدن چرخه کربن مصنوعی در مقیاس های معنی دار کمک کند و توسعه کاتالیزورهای کارآمد و مقرون به صرفه گامی کلیدی در جهت دستیابی به این هدف است.

قالب‌های پلیمری که از اتم‌های کربن و نیتروژن متناوب ساخته شده‌اند، دارای منافذ ریز هستند که در آن اتم‌های مس می‌توانند در فواصل مختلف از یکدیگر قرار بگیرند. کاتالیزورها در دمای اتاق در آب با اتم‌های مس که یون‌های فلز میزبان را در قالب‌های پلیمری جابجا می‌کنند، جمع می‌شوند. هنگامی که کاتالیزورها در یک راکتور آزمایش شدند، باعث کاهش دی اکسید کربن به متان در نیمی از سلول شدند، در حالی که در نیمه دیگر اکسیژن از آب تولید می شد.

روی گفت: «ما دریافتیم که تعدیل فاصله بین اتم‌های مس، انرژی مورد نیاز برای مراحل واکنش کلیدی را کاهش می‌دهد و در نتیجه تبدیل شیمیایی را سرعت می‌بخشد. این اقدام مشترک اتم‌های مس نزدیک به تولید متان با نرخ انتخابی و کارایی بسیار بالایی کمک کرد.

کاتالیزورهای توسعه یافته توسط روی و همکارانش یکی از سریع‌ترین و کارآمدترین تبدیل‌های مبتنی بر الکترولیز دی اکسید کربن به متان را انجام دادند که تاکنون شناخته شده است و به پیشرفت فرآیند تبدیل هم از نظر بینش علمی بنیادی و هم از نظر سطح عملکرد کمک می‌کند.

جینگجی وو، دانشیار مهندسی شیمی و محیط زیست در دانشگاه می‌گوید: «اگر بتوان بازده انرژی و تبدیل کربن در سطح سیستم را مورد توجه قرار داد، مواد ارزان‌قیمت و کارآمدی مانند اینها به تسریع تبدیل صنعتی فناوری کاهش دی اکسید کربن الکتروشیمیایی کمک می‌کنند.»