Australiska forskare har banat väg för koldioxidneutralt bränsle med utvecklingen av en ny effektiv katalysator som omvandlar koldioxid (CO2) från luften till syntetisk naturgas i en "ren" process med hjälp av solenergi.

Genomfört av University of Adelaide i samarbete med CSIRO, forskningen kan göra en livskraftig process som har en enorm potential att ersätta fossila bränslen och fortsätta att använda befintlig kolbaserad bränsleteknik utan att öka atmosfärisk CO2.

Katalysatorn forskarna har utvecklat driver effektivt processen att kombinera CO2 med väte för att producera metan (huvudkomponenten i det fossila bränslet naturgas) och vatten. För närvarande, naturgas är ett av de viktigaste bränslena som används för industriell verksamhet.

"Att fånga kol från luften och använda det för industriella processer är en strategi för att kontrollera CO2 -utsläpp och minska behovet av fossila bränslen, " säger University of Adelaide doktorand Renata Lippi, första författare till forskningen publicerad online före tryckning i Journal of Materials Chemistry A .

"Men för att detta ska vara ekonomiskt lönsamt, vi behöver en energieffektiv process som använder CO2 som kolkälla.

"Forskning har visat att vätgas kan produceras effektivt med solenergi. Men att kombinera vätgas med CO2 för att producera metan är ett säkrare alternativ än att använda väte direkt som energikälla och tillåter användning av befintlig naturgasinfrastruktur.

"Den huvudsakliga problematiken, dock, är katalysatorn – en förening som behövs för att driva reaktionen eftersom CO2 vanligtvis är en mycket inert eller oreaktiv kemikalie."

Katalysatorn syntetiserades med hjälp av porösa kristaller som kallas metallorganiska ramverk som tillåter exakt rumslig kontroll av de kemiska elementen.

"Katalysatorupptäcktsprocessen involverade syntes och screening av mer än hundra material. Med hjälp av CSIRO:s snabbkatalysatortestanläggning kunde vi testa dem alla snabbt så att upptäckten kunde göras på en mycket kortare tid, sa Dr Danielle Kennedy, AIM Future Science Platform Director med CSIRO. "Vi hoppas kunna fortsätta samarbeta med University of Adelaide för att tillåta förnybar energi och väte att appliceras på kemisk tillverkning av australiensisk industri."

Med andra katalysatorer har det varit problem kring dålig CO2-omvandling, oönskad kolmonoxidproduktion, katalysatorstabilitet, låg metanproduktionshastighet och höga reaktionstemperaturer.

Denna nya katalysator producerar effektivt nästan ren metan från CO2. Kolmonoxidproduktionen har minimerats och stabiliteten är hög under både kontinuerlig reaktion i flera dagar och efter avstängning och exponering för luft. Viktigt, endast en liten mängd av katalysatorn behövs för hög produktion av metan vilket ökar den ekonomiska livskraften. Katalysatorn fungerar också vid milda temperaturer och låga tryck, möjliggör solvärme.

"Det vi har producerat är en mycket aktiv, mycket selektiv (producerar nästan ren metan utan sidoprodukter) och stabil katalysator som går på solenergi, "säger projektledaren professor Christian Doonan, Direktör för universitetets centrum för avancerade nanomaterial. "Detta gör koldioxidneutralt bränsle från CO2 till ett livskraftigt alternativ."