Fossiilisten polttoaineiden vaihtoehtona tämä sähköstä tuotettu, hiilidioksidipäästöistä vapaa polttoaine voisi olla käytössä teollisuudessa tai liikenteessä. Edistysaskel, joka julkaistiin lehdessä Nature Materials, mahdollistaisi hiilimonoksidin suoran hyödyntämisen tietyistä teollisuudenaloista ja siten vähentäisi niiden kokonaishiilijalanjälkeä.
E-polttoaineet (elektro-polttoaineet), kuten e-etanoli, ovat houkutteleva vaihtoehto fossiilisille polttoaineille teollisuuden ja liikenteen käyttöön. Ne tuotetaan hiilidioksidipäästöistä vapaan sähkön avulla, ja niiden synteesi voidaan mahdollisesti toteuttaa suoran hiilidioksidin (CO2) muuntamisen kautta, joka kerätään metalliteollisuuden, fermentointilaitosten tai sementtitehtaiden päästöistä, tai hiilimonoksidista (CO), jota myös tietyt teollisuudenalat tuottavat.
Kemiallisesta näkökulmasta nämä CO2- tai CO:n elektro-reduktion reaktiot ovat hyvin monimutkaisia suuren elektronien ja protonien määrän vuoksi. Ne vaativat erityisiä elektrolysaattoreita kaasujen muuntamiseen ja erityisesti tehokkaita ja selektiivisiä katalyyttejä, jotta tuotettaisiin vain haluttuja ja suoraan hyödynnettäviä tuotteita.
Viime vuosina on tehty paljon työtä CO2:n elektro-reduktion parissa lupaavana keinona tuottaa polttoaineita ja hyödyllisiä orgaanisia molekyylejä kemianteollisuudelle. Kuitenkin merkittäviä esteitä on edelleen olemassa, jotka estävät näiden prosessien siirtämistä teolliseen mittakaavaan.
Alhaiset saannot ja suuri vaikeus löytää riittävän selektiivisiä katalyyttejä, jotta voitaisiin välttää monien sivutuotteiden muodostuminen, ovat pääsyitä tähän. Tämän havainnon myötä vaihtoehto on ilmeinen: käyttää mieluummin hiilimonoksidia (CO) reagenssina, strategia, joka todennäköisesti optimoi muuntamisen monimutkaisemmiksi yhdisteiksi.
Tässä yhteydessä biologisten prosessien kemian laboratorio (CNRS/Collège de France/Sorbonne Université) on yhdessä TotalEnergiesin kanssa suunnitellut innovatiivisen katalyytin, joka perustuu kuparinitridille, rikastettuna kultanano-osilla ja eristetyillä hopea-atomeilla.
Sähkökemialliset testit ovat paljastaneet, että tämä ainutlaatuinen rakenne edistää CO:n tehokasta muuntamista monihiilialkoholeiksi, erityisesti etanoliksi ja propanoliksi, uhraamalla etyleenin muodostumisen, joka on yleensä näiden reaktioiden päätuote. Teoreettiset laskelmat osoittavat, että kulta ja hopea muuttavat kuparin elektronisia ominaisuuksia, mikä edistää reaktiopolkuja, jotka johtavat alkoholeihin hiilivetyjen sijaan.
Nämä tulokset avaavat mielenkiintoisia näkymiä kestävälle polttoaineiden ja kemiallisten esiasteiden tuotannolle hiilimonoksidista. Ajan myötä tämä lehdessä Nature Materials julkaistu teknologia voisi integroitua teollisiin prosesseihin, jotka pyrkivät kierrättämään tietyistä teollisuudenaloista syntyvää CO:ta, vähentäen siten niiden kokonaishiilijalanjälkeä samalla kun hyödynnetään tätä alikäytettyä kaasua.
Kirjoittaja: AVR
Viite:
Eristettyjen hopea-atomeiden ja kultanano-osien lisääminen kuparinitridiin selektiiviseen CO:n elektro-reduktion monihiilialkoholeiksi
Hong Phong Duong, Jose Guillermo Rivera de la Cruz, David Portehault, Andrea Zitolo, Jacques Louis, Sandrine Zanna, Quentin Arnoux, Moritz W. Schreiber, Nicolas Menguy, Ngoc-Huan Tran & Marc Fontecave.
Nature Materials 2025
https://doi.org/10.1038/s41563-025-02153-6