De tusentals ton koldioxid (CO2) som släpps ut från kraftverk varje år behöver inte gå ut i atmosfären. Forskare är optimistiska att vi inom det närmaste decenniet kommer att kunna fånga upp koldioxidavfall till ett överkomligt pris och omvandla det till användbara molekyler för råvaror, biobränslen, läkemedel, eller förnybara bränslen. Den 29 mars i tidningen Joule , ett team av kanadensiska och amerikanska forskare beskriver deras vision för vad vi ska göra med CO2 och hur vi kan göra det.

"Liknar hur en växt tar koldioxid, solljus, och vatten för att göra socker för sig själv, vi är intresserade av att använda teknik för att ta energi från solen eller andra förnybara källor för att omvandla CO2 till små byggstenmolekyler som sedan kan uppgraderas med traditionella kemiska medel för kommersiellt bruk, "säger Phil De Luna, doktorand i materialvetenskap. "Vi hämtar inspiration från naturen och gör det snabbare och mer effektivt."

De Luna är första författare på tidningen tillsammans med postdoktor Oleksandr Bushuyev, båda är medlemmar i Edward Sargent Lab vid University of Toronto. Sargent, seniorförfattaren, är professor vid Institutionen för el- och datateknik.

Deras analys identifierade en rad möjliga små molekyler som är ekonomiskt meningsfulla och som kan göras genom att omvandla fångad CO2. För energilagringsbehov, väte, metan, och etan kan användas i biobränslen. Dessutom, eten och etanol kan fungera som byggstenar för en rad konsumentvaror, och koldioxidbaserad myrsyra kan användas av läkemedelsindustrin eller som bränsle i bränsleceller.

Medan nuvarande teknik som kan fånga upp koldioxidavfall fortfarande är i sin linda, med nya nystartade företag som för närvarande utvecklar strategier för kommersiellt bruk, forskarna föreställer sig att de kommande decennierna kommer att medföra stora förbättringar för att göra avskiljning och omvandling av CO2 till verklighet. Inom 5 till 10 år, elektrokatalys - som stimulerar kemiska reaktioner genom elektricitet - kan vara en väg in i denna process. Och 50 år eller mer, molekylära maskiner eller nanoteknik kan driva konvertering.

"Detta är fortfarande teknik för framtiden, "säger Bushuyev, "men det är teoretiskt möjligt och genomförbart, och vi är glada över dess omfattning och implementering. Om vi ​​fortsätter att arbeta med detta, det är en tidsfråga innan vi har kraftverk där CO2 släpps ut, fångad, och konverterade. "

Författarna är medvetna om begränsningarna av koldioxidavskiljning och omvandling. Först, det har kritiserats för att det inte är ekonomiskt genomförbart, särskilt på grund av kostnaden för el för att få dessa kemiska reaktioner att äga rum, men detta kommer sannolikt att gå ner när förnybar energi blir utbredd med tiden. Andra, det finns få fabriker med ett högt koldioxidavtryck som avger ren koldioxid, som är nödvändig för konvertering, men teknik som kan hjälpa till med denna fråga är under utveckling.

"Motiveringen för att skriva det här stycket är att vi ville ha tydlig inblick i om detta kan vara ekonomiskt livskraftigt, och om det är värt tiden att investera i det, "De Luna säger." Detta papper visar en väg för vad vi kan göra med koldioxidomvandling under de kommande decennierna. "

Många insikter för analysen utvecklades i samarbete med Ling Tao, Genevieve Saur, och Jao van de Lagemaat vid US National Renewable Energy Laboratory.