Tehnicile ce presupun colectarea CO2-ului atmosferic și transformarea acestuia în combustibil oferă o alternativă ecologică la exploatarea combustibililor fosili, care pot elibera noxe poluante în aer atunci când se produce arderea acestora. În această categorie sunt incluși și biocombustibilii. Tehnica se poate extinde și la procesele industriale care implică direct CO2. Pe măsură ce tehnologiile care captează dioxidul de carbon din atmosferă vor deveni mai economice, valoarea potențială a respectivului CO2 ca resursă pentru fabricarea combustibililor va crește.
Există câteva modalități de elaborare a combustibilului folosind ca materie primă CO2, dar toate acestea necesită un consum considerabil de energie, deoarece CO2 este o moleculă stabilă, iar inversarea reacției de ardere cu scopul de a produce un combustibil nu este ușoară. Mai mult decât atât, există o provocare suplimentară: proiectarea unui proces cu scopul de a produce tipul exact de combustibil dorit.
O modalitate de a face acest lucru îl reprezintă utilizarea unui catalizator, adică a unei substanțe care accelerează reacțiile chimice fără a participa activ în reacție. Cu ajutorul unui catalizator, dioxidul de carbon captat, împreună cu hidrogenul gazos, ar putea fi transformat, în principal, în metan; un catalizator diferit ar putea transforma produsul primar în moleculele mai mari de combustibili lichizi.
Un nou studiu, condus de Benzhen Yao din cadrul Universității din Oxford, descrie un nou catalizator specializat, utilizat în producția de hidrocarburi cu catene mari, utilizate ca și combustibili pentru avioane.
Acest catalizator este alcătuit din fier, mangan și potasiu. În cadrul testelor, doar 5% din dioxidul de carbon s-a transformat în monoxid de carbon și 10% în metan, în timp ce aproape jumătate din cantitatea de dioxid de carbon s-a transformat în hidrocarburi cu catenă mare, care sunt utilizate în industria aviatică (catene ce conțin între 8-16 de atomi de carbon). În comparație cu alți catalizatori testați în studiile anterioare, acesta a prezentat un randament mult mai mare în ceea ce privește elaborarea de combustibili pentru avioane. În plus, catalizatorul favorizează formarea de alchene în defavoarea alcanilor, ceea ce se traduce în formarea mai multor legături carbon-carbon și mai puține legături carbon-hidrogen. De exemplu, în urma reacției s-a produs o cantitate de propenă de 5 ori mai mare decât cea de propan. Acestea sunt materii prime, utile pentru fabricarea diferitelor produse, precum plasticul.
Catalizatorul influențează produsul final. Prima reacție desfășurată presupune transformarea reversibilă a unei carburi de fier în oxid de fier. Una dintre substanțe ajută moleculele de CO2 să reacționeze cu hidrogenul, în timp ce a doua ajută moleculele de monoxid de carbon rezultate să reacționeze cu hidrogenul pentru a se forma hidrocarburi.
(c) Yao et al./Nature Communications
Metoda de fabricare a catalizatorului se dovedește a fi importantă. Materialele au fost combinate cu un compus organic care este ars la o temperatură 350°C, timp de câteva ore. Reacția de ardere ajută fierul, manganul și potasiul să formeze mineralele potrivite, rezultând, de asemenea, și o cantitate redusă de carbon. Experimentele cu materiale catalizatoare similare, realizate într-un mod diferit, au fost mult mai puțin eficiente.
Deși catalizatorul nu este consumat în timpul utilizării, acesta suferă schimbări, ceea ce va presupune regenerarea acestuia la un moment dat. La fel ca înainte de prima utilizare, acest lucru se poate face la temperaturi ridicate, în prezența hidrogenului și a monoxidului de carbon, aceste condiții aducând catalizatorul la forma inițială.
Ca parte a unui sistem din lumea reală, acest proces ar putea fi integrat în cadrul unei instalații de captare a CO2 și cuplat cu un dispozitiv de electroliză care descompune apa în elementele constitutive pentru a produce hidrogen gazos. După aceea, produsele ar putea fi separate și procesate după cum este necesar.
Evident, acest studiu se referă doar la importanța tipului de catalizator utilizat și nu există nicio analiză economică a operațiunii de producere a combustibilului. Consumul de energie al acestui proces este mai mare, mai ales în comparație cu producția tradițională de combustibil. Cu toate acestea, în timp ce combustibilii pe bază de petrol produc CO2 care se emană în atmosferă, combustibilii pe bază de aer ar putea emana foarte puțin CO2 (sau chiar deloc, în funcție proveniența energiei necesare). De asemenea, acest lucru vine și cu opțiunea de a adapta tipurile de hidrocarburi fabricate, spre deosebire de producția clasică ce se bazează pe produsele extrase din sol.