Egy új elektródával lehetséges: szén-dioxidból készül műanyag és üzemanyag

Az MIT mérnökei egyedülálló eredményt értek el a szén-dioxid hasznos anyagokká történő átalakításában. Új elektródatervezésükkel hatékonyabbá tették azokat az elektrokémiai rendszereket, amelyek a szén-dioxidot értékes termékekké alakítják, például etilénné – ami az üzemanyagok és műanyagok alapanyaga.

A globális felmelegedés elleni küzdelem és az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése érdekében világszerte próbálják gazdaságosan hasznosítani a szén-dioxidot. Az elektrokémiai átalakítás, ami vízbázisú oldatot, katalizátort és elektromos áramot alkalmaz, ígéretes irány, azonban az ilyen rendszerek működése számos kompromisszumot követel. Az elektródák teljesítménye két kulcsfontosságú tulajdonságon múlik: jó elektromos vezetőképességre van szükség az energiahatékonyság érdekében, ugyanakkor a hidrofób tulajdonságok is elengedhetetlenek, hogy elkerüljék a vízbázisú oldat interferenciáját. Ezek egymást gyengítő vonások: a vezetőképesség növelése gyakran a hidrofób tulajdonságok csökkenésével jár.

Kripa Varanasi professzor és csapata sikerrel oldotta meg ezt az ellentmondást egy egyszerű, mégis hatékony megközelítéssel. A teflon kiváló hidrofób tulajdonságait rézvezetékekkel kombinálták, amelyek nagyfokú elektromos vezetőképességet biztosítanak. A vékony teflonrétegbe szőtt rézvezetékek „szuperautópályaként” vezetik az elektronokat, csökkentve az ellenállásból fakadó energiaveszteséget.

Méretezhetőség és ipari alkalmazás

A kutatás egyik kiemelt célja az volt, hogy a laboratóriumi kísérletek eredményeit ipari méretben is hasznosíthatóvá tegyék. A csapat tízszer nagyobb méretű elektródát is készített, ami remek hatékonyságot ért el. A kísérletek során kimutatták, hogy az elektródák méretének növekedése jelentős vezetőképesség-csökkenést eredményezhet, amit csak az elektromos áram optimális elosztásával lehet kiküszöbölni. Ehhez egy modell is készült, hogy meghatározzák, milyen távolságokra kell elhelyezni a vezetékeket a hatékonyság fenntartása érdekében. Az új rendszer tartósságát egy 75 órás folyamatos teszttel bizonyították: kiderült, hogy az elektróda teljesítménye alig változott.

Az MIT fejlesztése nemcsak a szén-dioxid átalakításának technológiai lehetőségeit tágítja, hanem gazdasági szempontból is jelentős lépés. Az etilén piaci ára tonnánként körülbelül ezer dollár, így a technológia versenyképes alternatívát nyújthat a fosszilis alapú termelés kiváltására. A kutatók szerint a módszer más értékes vegyületek, például metán, metanol és szén-monoxid előállítására is alkalmazható, szóval ez az egy innováció közelebb vihet egy olyan fenntartható jövőhöz, amelyben a szén-dioxid nem csupán probléma, hanem erőforrás is lehet.

Gábor János, NEW technology