Växter är oöverträffade i sin förmåga att fånga CO ₂ från luften, men denna förmån är tillfällig, när överblivna grödor släpper ut kol tillbaka till atmosfären, mestadels genom nedbrytning. Forskare har föreslagit en mer permanent, och till och med användbart, ödet för detta fångade kol genom att förvandla växter till ett värdefullt industriellt material som kallas kiselkarbid (SiC) – som erbjuder en strategi för att förvandla en atmosfärisk växthusgas till ett ekonomiskt och industriellt värdefullt material.

I en ny studie, publiceras i tidskriften RSC avancerar den 27 april, 2021, forskare vid Salk Institute förvandlade tobaks- och majsskal till SiC och kvantifierade processen med mer detaljer än någonsin tidigare. Dessa resultat är avgörande för att hjälpa forskare, såsom medlemmar i Salks Harnessing Plants Initiative, utvärdera och kvantifiera strategier för kolbindning för att potentiellt mildra klimatförändringar som CO ₂ nivåerna fortsätter att stiga till aldrig tidigare skådade nivåer.

"Studien ger en mycket noggrann redovisning av hur du gör detta värdefulla ämne och hur många kolatomer du har dragit ut ur atmosfären. Och med det antalet, du kan börja extrapolera vilken roll växter kan spela för att mildra växthusgaser samtidigt som de omvandlar en industriell biprodukt, CO ₂ , till värdefulla material genom att använda naturliga system som fotosyntes, " säger medkorrespondent författare och Salk-professor Joseph Noel.

Sic, även känd som karborundum, är ett ultrahårt material som används i keramik, sandpapper, halvledare och lysdioder. Salk-teamet använde en tidigare rapporterad metod för att omvandla växtmaterial till SiC i tre steg genom att räkna kol i varje steg:Först, forskarna odlade tobak, vald för sin korta växtsäsong, från frö. De frös sedan och malde de skördade plantorna till ett pulver och behandlade det med flera kemikalier inklusive en kiselhaltig förening. I det tredje och sista steget, de pulveriserade växterna förstenades (förvandlades till en stenig substans) för att göra SiC, en process som innebär att materialet värms upp till 1600 C.

"Den givande delen var att vi kunde visa hur mycket kol som kan bindas från jordbruksavfallsprodukter som majsskal samtidigt som vi producerar ett värdefullt, grönt material som vanligtvis produceras av fossila bränslen, " säger första författaren Suzanne Thomas, en Salks personalforskare.

Genom elementaranalys av växtpulvret, författarna mätte 50, 000-faldig ökning av sekvestrerat kol från frö till labbodlad växt, demonstrerar växters effektivitet när det gäller att dra ner atmosfäriskt kol. Vid uppvärmning till höga temperaturer för förstening, växtmaterialet förlorar en del kol som en mängd olika nedbrytningsprodukter men behåller i slutändan cirka 14 procent av det växtfångade kolet.

Forskarna beräknade att processen för att tillverka 1,8 g SiC krävde cirka 177 kW/h energi, med majoriteten av den energin (70 procent) som används för ugnen i förstenningssteget. Författarna noterar att nuvarande tillverkningsprocesser för SiC har jämförbara energikostnader. Så medan produktionsenergin som krävs innebär att anläggning-till-kiselkarbid-processen inte är koldioxidneutral, teamet föreslår att ny teknik skapad av företag för förnybar energi kan sänka energikostnaderna.

"Detta är ett steg mot att göra SiC på ett miljömässigt ansvarsfullt sätt, ", säger den medkorresponderande författaren och Salk-besöksforskaren James La Clair.

Nästa, teamet hoppas kunna utforska denna process med ett bredare utbud av växter, i synnerhet växter som åkerfräken eller bambu, som naturligt innehåller stora mängder kisel.