Mechanochemische benadering maakt co₂ van lage temperatuur vastleggen en conversie mogelijk

Een baanbrekende benadering is ontwikkeld om koolstofdioxide (CO₂) om te zetten in methaan (CH₄) – de belangrijkste component van aardgas – bij kamertemperatuur. Traditioneel vereist dit proces hoge temperaturen boven 300 ° C, waardoor het energie-intensief en duur is. De nieuwe methode, die alleen maar roterende grondstoffen met stalen ballen omvat, was onlangs gepubliceerd in Natuurnanotechnologie.

Onder leiding van professor Jong-Beom Baek in de School of Energy and Chemical Engineering en professor Hankwon Lim van de Graduate School of Carbon Neutrality bij UniSt, kondigde het onderzoeksteam aan dat ze met succes een mechanochemisch proces hebben gecreëerd dat Co₂ in staat is om efficiënt te omzetten in methaan in slechts 65 ° C. Deze eenvoudigere, lage energie-benadering zou de verschuiving naar een duurzame, koolstofneutrale toekomst kunnen versnellen.

Het proces maakt gebruik van een kogelmolen – een apparaat met kleine stalen ballen met een paar millimeter in diameter – gevuld met katalysatoren en grondstoffen. Terwijl de molen roteert, activeren botsingen en wrijving de katalysatoroppervlakken, waardoor co₂ kan worden gevangen en kan reageren met waterstof om methaan te produceren.

Opmerkelijk is dat het team bij deze lage temperatuur een conversieratio van 99,2% behaalde, waarbij 98,8% van de gereageerde co₂ rechtstreeks in methaan veranderde in plaats van bijproducten. Het proces bleek ook zeer effectief bij continue werking, met een 81,4% reactieparticipatie en 98,8% methaanselectiviteit, zelfs bij 15 ° C, onder kamertemperatuur. Dit toont zijn potentieel voor schaalbaar industrieel gebruik.

Het proces maakt gebruik van in de handel verkrijgbare zirkoniumoxide (ZRO₂) en nikkelkatalysatoren, die zowel betaalbaar zijn als veel worden gebruikt in de industrie. Nikkel helpt bij het splitsen van waterstofmoleculen, terwijl zirkoniumoxide de activering van CO₂ verbetert. De mechanische effecten in de balfabriek veroorzaken zuurstofvacatures in zirkoniumoxide, die co₂ moleculen vangen en hun reactie mogelijk maken met waterstof op de nikkelkatalysator om methaan te produceren.

Economische beoordelingen suggereren dat omdat het proces bij lage temperaturen werkt en gemakkelijk beschikbare katalysatoren gebruikt zonder uitgebreide voorbehandeling, het de apparatuur en de operationele kosten aanzienlijk kan verlagen. Professor Lim legde uit: “Indien aangedreven door hernieuwbare energiebronnen, zoals wind of zonne -energie, kan deze methode het energieverbruik in de helft verminderen in vergelijking met conventionele thermochemische processen.”

Professor Baek verklaarde: “Deze technologie maakt het mogelijk om Co₂ rechtstreeks in brandstof ter plaatse om te zetten, zonder de noodzaak van hoge-temperatuur, hogedrukapparatuur. Het vermindert niet alleen de koolstofemissies, maar verlaagt ook de infrastructuur en transportkosten en biedt een veelbelovende route naar koolstofneutraliteit.”