Om CO ₂ atmosfärens innehåll kommer inte att öka ytterligare, koldioxid måste omvandlas till något annat. Dock, som CO ₂ är en mycket stabil molekyl, detta kan endast göras med hjälp av speciella katalysatorer. Huvudproblemet med sådana katalysatorer har hittills varit deras bristande stabilitet:efter en viss tid, många material tappar sina katalytiska egenskaper.

På TU Wien, forskning bedrivs om en särskild klass av mineraler - perovskiterna, som hittills använts för solceller, som anodmaterial eller elektroniska komponenter snarare än för deras katalytiska egenskaper. Nu har forskare vid TU Wien lyckats producera en speciell perovskit som är utmärkt lämpad som katalysator för omvandling av CO ₂ till andra användbara ämnen, såsom syntetiska bränslen. Den nya perovskitkatalysatorn är mycket stabil och dessutom relativt billig, så det skulle vara lämpligt för industriellt bruk.

Hur man stänger kolcykeln

"Vi är intresserade av den så kallade omvända vatten-gas-skiftreaktionen, "säger professor Christoph Rameshan från Institute of Materials Chemistry vid TU Wien." I denna process, koldioxid och väte omvandlas till vatten och kolmonoxid. Du kan sedan bearbeta kolmonoxiden ytterligare, till exempel i metanol, andra kemiska basmaterial eller till och med i bränsle. "

Denna reaktion är inte ny, men det har inte riktigt implementerats i industriell skala för CO ₂ utnyttjande. Det sker vid höga temperaturer, vilket bidrar till att katalysatorer snabbt bryts ner. Detta är ett särskilt problem när det gäller dyra material, som de som innehåller sällsynta metaller.

Christoph Rameshan och hans team undersökte hur man skräddarsy ett material från klassen perovskiter specifikt för denna reaktion, och han var framgångsrik:"Vi provade några saker och kom till slut på en perovskit gjord av kobolt, järn, kalcium och neodym som har utmärkta egenskaper, säger Rameshan.

Atomer som vandrar genom kristallen

På grund av dess kristallstruktur, perovskiten tillåter vissa atomer att vandra genom den. Till exempel, under katalys, koboltatomer från insidan av materialet färdas mot ytan och bildar små nanopartiklar där, som då är särskilt kemiskt aktiva. På samma gång, så kallade syrevakanser bildas-positioner i kristallen där en syreatom faktiskt ska sitta. Det är just vid dessa lediga tjänster som CO ₂ molekyler kan docka särskilt bra, för att sedan dissocieras till syre och kolmonoxid.

"Vi kunde visa att vår perovskit är betydligt stabilare än andra katalysatorer, " säger Christoph Rameshan. "Det har också fördelen att det kan regenereras:om dess katalytiska aktivitet avtar efter en viss tid, du kan helt enkelt återställa den till sitt ursprungliga tillstånd med hjälp av syre och fortsätta att använda den."

Inledande bedömningar visar att katalysatorn också är ekonomiskt lovande. "Det är dyrare än andra katalysatorer, men bara med en faktor tre, och det är mycket mer hållbart, " säger Rameshan. "Vi skulle nu vilja försöka ersätta neodymet med något annat, vilket skulle kunna minska kostnaderna ytterligare."

Industrianläggningen med inbyggd bränsleproduktion

Teoretiskt sett du kan använda sådan teknik för att få CO ₂ ut ur atmosfären - men för att göra det måste du först koncentrera koldioxiden, och det kräver mycket energi. Det är därför mer effektivt att först omvandla CO ₂ där det produceras i stora mängder, som i industrianläggningar. "Du kan helt enkelt lägga till en extra reaktor till befintliga anläggningar som för närvarande släpper ut mycket CO ₂ , där CO ₂ omvandlas först till CO och bearbetas sedan vidare, " säger Christoph Rameshan. Istället för att skada klimatet, en sådan industrianläggning skulle då ge ytterligare fördelar.