Bubbla luften i vatten med en nypa magnesium så får vi bränsle. Kredit:Vivek Polshettiwar
Överdriven CO 2 utsläpp är en viktig orsak till klimatförändringar, och därmed minska CO 2 nivåer i jordens atmosfär är nyckeln till att begränsa negativa miljöeffekter. Istället för att bara fånga och lagra CO 2 , det skulle vara önskvärt att använda det som kolråvara för bränsleproduktion för att uppnå målet om "netto-noll-utsläpp energisystem." Avskiljning och omvandling av CO 2 (från bränslegas eller direkt från luften) till metan och metanol att helt enkelt använda vatten som vätekälla under omgivande förhållanden skulle ge en optimal lösning för att minska överdriven koldioxid 2 nivåer och skulle vara mycket hållbara.
Forskare vid Tata Institute of Fundamental Research (TIFR), Mumbai, demonstrerade användningen av magnesium (nanopartiklar och bulk) för att direkt reagera CO 2 med vatten vid rumstemperatur och atmosfärstryck, bildar metan, metanol, och myrsyra utan att kräva externa energikällor. Magnesium är det åttonde vanligaste grundämnet i jordskorpan och det fjärde vanligaste grundämnet i jorden (efter järn, syre och kisel).
Omvandlingen av CO 2 (ren, samt direkt från luften) skedde inom några minuter vid 300 K och 1 bar. En unik samarbetsåtgärd av Mg, basiskt magnesiumkarbonat, CO 2 , och vatten möjliggjorde denna CO 2 omvandling. Om någon av de fyra komponenterna saknades, ingen CO 2 omvandlingen ägde rum. Reaktionsmellanprodukterna och reaktionsvägen identifierades av 13 CO 2 isotopmärkning, pulverröntgendiffraktion (PXRD), kärnmagnetisk resonans (NMR) och in-situ försvagad total reflektans-Fourier transform infraröd spektroskopi (ATR-FTIR), och rationaliserats genom beräkningar av densitetsfunktionella teorin (DFT). Under CO 2 omvandling, Mg omvandlades till magnesiumhydroxid och karbonat, som kan återskapas.
Mg är en av metallerna med lägst energibehov för produktion och genererar lägst mängd CO 2 under produktionen. Med hjälp av detta protokoll, 1 kg magnesium via enkel reaktion med vatten och CO 2 producerar 2,43 liter metan, 940 liter väte och 3,85 kg basiskt magnesiumkarbonat (används i grön cement, läkemedelsindustrin etc.), och även små mängder metanol, och myrsyra.
I frånvaro av CO 2 , Mg reagerar inte effektivt med vatten, och väteutbytet var extremt lågt, 100 μmol g -1 jämfört med 42000 μmol g -1 i närvaro av CO 2 . Detta berodde på den dåliga lösligheten av magnesiumhydroxid som bildades genom reaktionen av Mg med vatten, hindrar den inre Mg-ytan från att reagera ytterligare med vatten. Dock, i närvaro av CO 2 , magnesiumhydroxid omvandlas till karbonater och basiska karbonater, som är mer lösliga i vatten än magnesiumhydroxid och dras av från Mg, utsätter färsk Mg-yta för att reagera med vatten. Således, detta protokoll kan till och med användas för väteproduktion (940 liter per kg Mg), vilket är nästan 420 gånger mer än väte som produceras genom reaktionen av Mg med enbart vatten (2,24 liter per kg Mg).
I synnerhet, hela denna produktion sker på bara 15 minuter, vid rumstemperatur och atmosfärstryck, i det exceptionellt enkla och säkra protokollet. Till skillnad från annat metallpulver, Mg-pulvret är extremt stabilt (på grund av närvaron av ett tunt MgO-passiveringsytskikt) och kan hanteras i luften utan någon förlust av aktivitet. Användningen av fossila bränslen måste begränsas (om det inte undviks), för att bekämpa klimatförändringarna. Detta Mg-protokoll kommer då att vara ett av de hållbara CO 2 konverteringsprotokoll, för en CO 2 -neutral process för att producera olika kemikalier och bränslen (metan, metanol, myrsyra och väte).
Planeten Mars miljö har 95,32% av CO 2 , medan dess yta har vatten i form av is. Nyligen, förekomsten av magnesium på Mars i rikliga mängder rapporterades också. Därför, för att undersöka möjligheten att använda denna Mg-assisterade CO 2 omvandlingsprocess på Mars, forskare utförde denna Mg-assisterade CO 2 omvandling vid lägre temperatur. I synnerhet, metan, metanol, myrsyra och väte producerades i rimlig mängd. Dessa resultat indikerar potentialen för denna Mg-process att användas i Mars miljö, ett steg mot magnesiumanvändning på Mars, även om mer detaljerade studier behövs.
