Ingenjörer vid University of Cincinnati utvecklar nya sätt att omvandla växthusgaser till bränsle för att hantera klimatförändringarna och få hem astronauter från Mars.

UC College of Engineering and Applied Science biträdande professor Jingjie Wu och hans studenter använde en kolkatalysator i en reaktor för att omvandla koldioxid till metan. Känd som "Sabatier-reaktionen" från den avlidne franske kemisten Paul Sabatier, det är en process som den internationella rymdstationen använder för att skrubba koldioxiden från luften som astronauterna andas och generera raketbränsle för att hålla stationen i hög omloppsbana.

Men Wu tänker mycket större.

Mars atmosfär består nästan helt av koldioxid. Astronauter kan spara hälften av det bränsle de behöver för en hemresa genom att göra det de behöver på den röda planeten när de väl anländer, sa Wu.

"Det är som en bensinstation på Mars. Du kan lätt pumpa koldioxid genom den här reaktorn och producera metan till en raket, " sa Wu.

UC:s studie publicerades i tidskriften Naturkommunikation med medarbetare från Rice University, Shanghai University och East China University of Science and Technology.

Wu började sin karriär inom kemiteknik genom att studera bränsleceller för elfordon men började titta på koldioxidomvandling i sitt kemitekniska labb för cirka 10 år sedan.

"Jag insåg att växthusgaser skulle bli ett stort problem i samhället, " sade Wu. "Många länder insåg att koldioxid är en stor fråga för den hållbara utvecklingen av vårt samhälle. Det är därför jag tror att vi måste uppnå koldioxidneutralitet."

Biden Administration har satt som mål att uppnå en 50% minskning av föroreningar av växthusgaser till 2030 och en ekonomi som är beroende av förnybar energi till 2050.

"Det betyder att vi måste återvinna koldioxid, " sa Wu.

Wu och hans elever, inklusive huvudförfattare och UC doktorand Tianyu Zhang, experimenterar med olika katalysatorer som grafenkvantprickar - lager av kol bara nanometer stora - som kan öka utbytet av metan.

Wu sa att processen har ett löfte om att bidra till att mildra klimatförändringarna. Men det har också en stor kommersiell fördel när det gäller att producera bränsle som en biprodukt.

"Processen är 100 gånger mer produktiv än den var för bara 10 år sedan. Så du kan föreställa dig att framstegen kommer snabbare och snabbare, " sa Wu. "Under de kommande 10 åren, vi kommer att ha många nystartade företag att kommersialisera den här tekniken."

Wus elever använder olika katalysatorer för att producera inte bara metan utan eten. Kallas världens viktigaste kemikalie, etylen används vid tillverkning av plast, sudd, syntetiska kläder och andra produkter.

"Grön energi kommer att vara mycket viktig. I framtiden, det kommer att representera en enorm marknad. Så jag ville jobba på det, " sa Zhang.

Att syntetisera bränsle från koldioxid blir ännu mer kommersiellt gångbart när det kombineras med förnybar energi som sol- eller vindkraft, sa Wu.

"Just nu har vi överskott av grön energi som vi bara slänger. Vi kan lagra denna överskottsförnyelsebara energi i kemikalier, " han sa.

Processen är skalbar för användning i kraftverk som kan generera tonvis av koldioxid. Och det är effektivt eftersom omvandlingen kan ske precis där överskott av koldioxid produceras.

Wu sa att framsteg inom bränsleproduktion från koldioxid gör honom mer säker på att människor kommer att sätta sin fot på Mars under hans livstid.

"Just nu om du vill komma tillbaka från Mars, du skulle behöva ta med dubbelt så mycket bränsle, som är väldigt tung, " sa han. "Och i framtiden, du behöver andra bränslen. Så vi kan producera metanol från koldioxid och använda dem för att producera andra nedströmsmaterial. Då kanske vi en dag skulle kunna leva på Mars."