Efter 150 år hade vi äntligen ett genombrott mot att driva CO2 till bränsle

För ett och ett halvt halvt år har forskare försökt räkna ut hur man gör något användbart med all koldioxid som flyter runt i atmosfären. Vi har massor av grejer, vi släpper ut det varje gång vi andas ut, men allt det gör hänger i atmosfären, vilket gör vår planet varmare och orsakar ett antal potentiellt mycket obehagliga biverkningar i processen.

Forskare skulle verkligen älskar att hitta ett sätt att förvandla allt till bränsle, vilket förmodligen skulle döda två fåglar med en sten genom att ge oss en ersättning för växthusgasemitterande fossiler. Men det här har varit lättare sagt än gjort: Inte bara har forskare kämpat för att räkna ut hur man lagrar allt som minskar från koldioxid, de kämpar fortfarande för att förstå hur koldioxidreduktion kan till och med katalyseras först.

Med andra ord har forskare i grunden krossat med koldioxid sedan mitten av 1800-talet, blandat det med olika material, uppvärmning, etc., enbart ibland uppnå en reaktion ("150 år" är en referens till ett 1869-experiment i vilka forskare använde en elektrokatalysator för att omvandla CO2 till myrsyra, ett konserveringsmedel). Men medan forskare länge förstått denna potential, förstod de inte riktigt vad som gjorde dessa reaktioner. Det gjorde att experimenterna på ett kontrollerat sätt omöjligt, fram till nu, tack vare ett nytt experiment som utförs av forskare vid Columbia University School of Engineering. Resultaten av deras papper publicerades idag i Förlopp av National Academy of Sciences.

"Vi började göra det som hur andra människor gör det här genom försök och fel och spelar med olika material för att se hur effektiviteten av CO2-omvandlingen beror på materialegenskaper," säger författare Irina Chernyshova, associerad forskare vid Columbia University School of Ingenjörsvetenskap och tillämpad vetenskap, berättar Omvänd. "Men det kan ta en livslängd."

Deras genombrott, Chernyshova förklarar, har att göra med processen med elektrokemisk reduktion, eller omvandlingen av CO2 till en enklare molekyl genom att lägga till elektrisk energi. Med hjälp av ytförstärkt Raman-spektroskopi kunde teamet för första gången observera att koldioxid kan reduceras med hjälp av en enda intermediär-karboxylat som fäster vid ytan av kol- och syremolekylerna - istället för två.

"I 150 år har folk vetat att detta är möjligt, men de kunde inte i 150 år kommersialisera det, eftersom de gör det på ett icke-systematiskt sätt", sade Chernyshova. "Du kan inte skärpa allt material i alla möjliga kombinationer."

Nu när de förstår koldioxidelektrodreducering bättre, har forskare runt om i världen nu mycket bättre styrskenor för egen forskning, inte bara inom förnybar energi utan med målet att minska koldioxid till ett antal användbara molekyler, till exempel gödselmedel. Och eftersom vi vet mer om den här processens ordspråkliga "steg ett", blir experimenten mycket billigare och lättare att utföra, förhoppningsvis med en knock-on effekt.

"Med denna kunskap och beräkningsförmåga", säger papperets medförfattare Sathish Ponnurangam i ett pressmeddelande, "kommer forskare att kunna förutsäga mer exakt reaktionen på olika katalysatorer och specificera de mest lovande, som vidare kan syntetiseras och testas.”

Utöver insatser för att katalysera koldioxid genom direkt solljus, blir processen mer känd som konstgjord eller halvartad fotosyntes på grund av den inspiration som den drar från växter, och man försöker att omvandla koldioxid till bränsle eller andningsluft. Tidigare denna månad räknade forskare vid University of Cambridge i Storbritannien hur man fördelar vattenmolekylerna mer effektivt i väte (som kan användas som bränsle) och syre med ett enzym som finns i alger som kallas hydrogenas.