Hatékonyabb, mint a fotoszintézis: így készül a szén-dioxidból oxigén

A szén-dioxidból előállított tiszta oxigén kutatását hosszútávon a Mars meghódítása motiválta, de a felhasználási területei messze túlmutatnak az űriparon. Ez a megoldás az űripar mellett víz alatti létfenntartás, fejlett lélegeztetőgépek, beltéri levegőtisztítás és ipari hulladékkezelés területén egyaránt hasznos lehet.

A szén-dioxid-kibocsátás drasztikus csökkentése kulcsszerepet játszik a globális éghajlatváltozás elleni harcban. Egy kínai kutatócsoport pedig új módszert dolgozott ki, amely elektrokémiai úton, közvetlenül bontja szét a szén-dioxidot szénre és oxigénre. A tudósok közleménye szerint ezt a folyamatot víz alatt vagy akár az űrben is el lehet végezni, anélkül, hogy szigorú nyomás- vagy hőmérsékleti feltételekre lenne szükség.

A lombos növények a fotoszintézis során szén-dioxidból állítanak elő oxigént és glükózt. A folyamat nem túl hatékony, ráadásul az így képződő oxigén tulajdonképpen nem szén-dioxidból, hanem vízből származik. A szén-dioxid tényleges bontását eddig nem tudták megvalósítani műszaki eszközökkel – kisebb hőmérsékleten legalábbis.

Több oxigén termelhető mesterségesen, mint természetes fotoszintézissel

A Nankingi és a Sanghaji Fudan Egyetem kutatóinak sikerült a bravúr: a szén-dioxidot elemi szénre és oxigénre bontották, úgy, hogy a kutatók lítiumot használtak közvetítőként a hidrogén helyett, magyarán megoldották a folyamatot vízfelhasználás nélkül. Erre a célra kifejlesztettek egy elektrokémiai készüléket, amelyben gázelektróda, nanoszerkezetű ruténium és kobalt (RuCo) társkatalizátor, valamint fémes lítiumanód található.

A szén-dioxid a katódba jut, ahol kétlépcsős elektrokémiai redukción megy át a lítium segítségével. Először lítium-karbonát keletkezik, amiből további reakción keresztül lítium-oxid és elemi szén keletkezik, majd egy oxidáció során a lítium-oxid lítiumionokká és oxigéngázzá alakul.

A továbbfejlesztett RuCo katalizátorral több mint 98,6 százalékos oxigénhozam érhető el, ami messze meghaladja a természetes fotoszintézis hatékonyságát.

A kutatók nemcsak tiszta szén-dioxidból, hanem különböző arányú szén-dioxidot tartalmazó kevert gázokból is sikeresen állítottak elő tiszta oxigént. Ilyen volt a szimulált füstgáz, a szén-dioxid/oxigén elegy és a szimulált marsi légkör – amelynek fő összetevője a szén-dioxid, a légnyomás pedig kevesebb mint egy százaléka a földinek. Ha a készülék fejlesztése eljut a tömeggyártásig, akkor lehetőségek egész sorát nyitja meg az űripar, a víz alatti kutatás, az egészségügy, a szellőzőrendszerek, a katasztrófavédelem és az ipari hulladékkezelés területén.

Gábor János, NEW technology