Kemiska ingenjörer från UNSW Sydney har utvecklat ny teknik som hjälper till att omvandla skadliga koldioxidutsläpp till kemiska byggstenar för att göra användbara industriprodukter som bränsle och plast.

Och om den valideras i en industriell miljö och antas i stor skala, processen kan ge världen andrum när den övergår till en grön ekonomi.

I en tidning som publicerades i dag i tidskriften Avancerade energimaterial , Dr. Rahman Daiyan och Dr. Emma Lovell från UNSW:s School of Chemical Engineering beskriver ett sätt att skapa nanopartiklar som främjar omvandlingen av avfallskoldioxid till användbara industriella komponenter.

Öppen låga

Forskarna, som utförde sitt arbete i forskningslaboratoriet för partiklar och katalys under ledning av Scientia-professorn Rose Amal, visa att genom att tillverka zinkoxid vid mycket höga temperaturer med en teknik som kallas flame spray pyrolysis (FSP), de kan skapa nanopartiklar som fungerar som katalysatorn för att omvandla koldioxid till "syngas" - en blandning av väte och kolmonoxid som används vid tillverkning av industriprodukter. Forskarna säger att denna metod är billigare och mer skalbar för den tunga industrins krav än vad som finns tillgängligt idag.

"Vi använde en öppen låga, som brinner vid 2000 grader, att skapa nanopartiklar av zinkoxid som sedan kan användas för att omvandla CO ₂ , använder el, till syngas, " säger Dr Lovell.

"Syngas anses ofta vara den kemiska motsvarigheten till Lego eftersom de två byggstenarna - väte och kolmonoxid - kan användas i olika förhållanden för att göra saker som syntetisk diesel, metanol, alkohol eller plast, som är mycket viktiga industriella prekursorer.

"Så det vi gör är att omvandla CO ₂ i dessa prekursorer som kan användas för att tillverka alla dessa viktiga industriella kemikalier."

Stänger slingan

I en industriell miljö, en elektrolysator som innehåller de FSP-producerade zinkoxidpartiklarna kan användas för att omvandla avfallets CO ₂ till användbara permutationer av syngas, säger Dr Daiyan.

"Avfall CO ₂ från att säga, ett kraftverk eller cementfabrik, kan passera genom denna elektrolysör, och inuti har vi vårt flamsprutade zinkoxidmaterial i form av en elektrod. När vi passerar avfallet CO ₂ i, det bearbetas med hjälp av elektricitet och släpps ut från ett uttag som syngas i en blandning av CO och väte, " han säger.

Forskarna säger i själva verket, de stänger kolkretsen i industriella processer som skapar skadliga växthusgaser. Och genom att göra små justeringar av hur nanopartiklarna förbränns med FSP-tekniken, de kan bestämma den slutliga blandningen av syngasbyggstenar som produceras av koldioxidomvandlingen.

"För närvarande genererar du syngaser genom att använda naturgas - så från fossila bränslen, " Dr. Daiyan säger. "Men vi använder avfallskoldioxid och sedan omvandlar det till syngas i ett förhållande beroende på vilken bransch du vill använda det i."

Till exempel, ett ett till ett förhållande mellan kolmonoxid och väte lämpar sig för syngas som kan användas som bränsle. Men ett förhållande på fyra delar kolmonoxid och en del väte är lämpligt för att skapa plast, Dr Daiyan säger.

Billigt och tillgängligt

Genom att välja zinkoxid som katalysator, forskarna har säkerställt att deras lösning förblivit ett billigare alternativ till vad som tidigare har försökt i detta utrymme.

"Tidigare försök har använt dyra material som palladium, men detta är det första fallet där ett mycket billigt och rikligt material, bryts lokalt i Australien, har framgångsrikt tillämpats på problemet med omvandling av avfallskoldioxid, " säger Dr Daiyan.

Dr. Lovell tillägger att det som också gör denna metod tilltalande är att använda FSP-flammsystemet för att skapa och kontrollera dessa värdefulla material.

"Det betyder att det kan användas industriellt, den kan skalas, det är supersnabbt att göra materialen och mycket effektivt, " hon säger.

"Vi behöver inte oroa oss för komplicerade syntestekniker som använder riktigt dyra metaller och prekursorer – vi kan bränna det och på 10 minuter har dessa partiklar redo att gå. Och genom att kontrollera hur vi bränner det, vi kan kontrollera dessa förhållanden av önskade syngasbyggstenar."

Uppskalning

Medan duon redan har byggt en elektrolysör som har testats med koldioxidavfall ₂ gas som innehåller föroreningar, Att skala upp tekniken till en punkt där den kan omvandla allt avfall av koldioxid som släpps ut från ett kraftverk är fortfarande en bit på vägen.

"Tanken är att vi kan ta en punktkälla av CO ₂ , som ett kolkraftverk, ett gaskraftverk, eller till och med en naturgasgruva där du frigör en enorm mängd ren CO ₂ och vi kan i princip bygga om den här tekniken på baksidan av dessa fabriker. Då kan du fånga den producerade CO ₂ och omvandla det till något som är enormt värdefullt för industrin, " säger Dr Lovell.

Gruppens nästa projekt blir att testa deras nanomaterial i en rökgasmiljö för att säkerställa att de är toleranta mot de svåra förhållanden och andra kemikalier som finns i industriella avfallsgaser.