En ny, miljövänlig, enstegsprocess har utvecklats för att omvandla koldioxid till högre kolväten med hjälp av plasma, enligt forskare och ingenjörer.

Omvandling av koldioxid till användbara flytande bränslen och mervärdeskemikalier som plast ger inte bara en möjlig lösning för att minska koldioxidutsläpp, men också möjligheten att lindra beroendet av fossila bränslen. Dock, koldioxidomvandling genom katalys - en acceleration av en kemisk reaktion - kräver normalt flera steg och hög temperatur (ungefär 400–750 grader Fahrenheit) och högt tryck (150 till 600 pund per kvadrattum), förutsättningar som kräver mycket energi för att skapa. Att hitta ett bättre sätt att omvandla koldioxidavfall under milda förhållanden är fortfarande en stor utmaning i katalys.

Forskare från Penn State, Kinesiska universitetet i Hongkong och Sichuan universitet kan ha hittat en lösning. Teamet har utvecklat ett steg, plasmaaktiverad katalytisk process för att omvandla koldioxid till högre kolväten. Till skillnad från traditionella processer, denna hydreringsmetod drivs vid låg temperatur (75 grader Fahrenheit) och tryck (15 pund per kvadrattum) med användning av en dielektrisk barriärurladdning packad bäddplasmareaktor.

Nyckelkomponenten för att få denna nya process att fungera är tillsatsen av icke-termisk plasma, som ger ett distinkt medium för att utföra katalytisk omvandling vid låga temperaturer på grund av dess icke-jämviktsegenskaper, sa forskarna.

"Det finns många elektroner med hög energi i plasmafasen, "sa Xiaoxing Wang, docent vid Penn State EMS Energy Institute. "Dessa elektroner kan aktivera både koldioxid och vätemolekyler i gasfasen genom excitation och dissociation utan behov av ytadsorption och aktivering som krävs för traditionell termisk katalys, så att reaktionen kan drivas vid låg temperatur. "

Plasma i sig kan möjliggöra koldioxidhydrogenering till kolmonoxid vid rumstemperatur. Även om olika katalysatorer tidigare har studerats för plasmakatalytisk koldioxidhydrogenering, dessa experiment har bara gett kolmonoxid och metan, med endast en rapport som visar en högre kolvätesselektivitet på ungefär 14%. Denna nya studie är första gången denna process har gett en högre kolvätesselektivitet på 46% vid en koldioxidomvandlingshastighet på 74%.

Detta jobb, nyligen publicerad i Grön kemi , visar den betydande inverkan av katalysatorbäddskonfigurationen på plasmakatalytisk koldioxidhydrogenering till högre kolväten i ett steg vid låg temperatur och atmosfärstryck, sa forskarna.

För närvarande, forskarna använder en konventionell aluminiumoxid-stödd Fisher-Tropsch-katalysator för processen. De tror att metoden kan förbättras ytterligare och utvecklar en ännu mer effektiv katalysator, genom undersökning av hur plasma bidrar till koldioxidomvandlingen och kolvätebildningen i den plasmaaktiverade tvåkatalysatorbäddsprocessen.

"Omvandlingen av koldioxid står inför klimatförändringens utmaning, "Wang sa." Vi måste göra något för att minska koldioxidutsläppen. Om vi ​​kan omvandla koldioxid till bränslen, vi stänger kolslingan och gör hela processen mycket mer hållbar och grönare. Detta arbete ger en ny strategi för att utveckla nya processer för koldioxidhydrogenering vid låg temperatur och tryck. "