Förra året, människor släppte ut cirka 37 miljarder ton koldioxid i atmosfären – en katastrofal och ohållbar siffra. För att undvika de värsta effekterna av klimatförändringarna skulle vi kunna fånga upp en del av det kolet när det släpps ut av kraftverk och lagra det permanent under marken. Ännu bättre, en del av det avfallet koldioxid kan omvandlas till användbara kemikalier eller bränsle.

Dessa processer är kända som "avskiljning och lagring av koldioxid" respektive "utnyttjande av koldioxid", och båda kräver stora mängder råvaror. Som ett exempel, kolavskiljning kan innebära att utsläpp körs över viss metall, som sedan reagerar med (och därmed fångar upp) CO₂ innan det omvandlas till ett annat ämne som kan lagras eller återanvändas.

För att göra ett inslag i klimatförändringarna, mängden metall som krävs skulle vara enorm. Till exempel, om 1 gram av en metall, i en metallkatalysator, skulle kunna fånga upp 100 gram kolbaserade koldioxidutsläpp (ett optimistiskt scenario), cirka 1,5 miljoner ton av denna metall skulle minska de globala utsläppen med bara 0,4 %.

Så, även om det är viktigt att hålla kol utanför atmosfären, det är lika viktigt att vi gör det på ett grönt och hållbart sätt. Om stora mängder av en metall någonsin används för att avsevärt minska koldioxidutsläppen, den måste ha en hållbar försörjning så att reserverna inte töms.

Tyvärr, många tekniker verkar i slutändan vara ohållbara. Till exempel, en nyligen genomförd studie av ett team av japanska forskare, framhävd av Royal Society of Chemistry, beskrev hur en katalysator baserad på metallen rhenium omvandlar koldioxid till kolmonoxid. Kolmonoxid är användbart eftersom det kan användas för att bilda kemikalier och bränslen som väte och metanol.

Katalysatorn är verkligen extremt aktiv och kan arbeta med koldioxid i mycket låga koncentrationer, men systemet är fortfarande inte idealiskt. Rhenium är mycket sällsynt:finns mest i Chile och Kazakstan, det uppskattas ha ett överflöd på mindre än 10 delar per miljard i jordskorpan (motsvarande 0,000001%). För att sätta det i prospekt, aluminium är 8 miljoner gånger mer rikligt och står för cirka 8% av jordskorpan.

Rhenium i sig används mest för att tillverka turbinblad i flygplans jetmotorer. Om denna metall användes för att hantera klimatförändringar globalt, resurser skulle minska och priset skulle öka. Detta skulle få en negativ effekt på industritillverkningen.

Dess låga mängd betyder också att det skulle bli dyrt att tillverka denna katalysator. Det är därför osannolikt att en global affärsmodell för världsomspännande rheniumbaserad koldioxidutnyttjande skulle eftersträvas.

I en annan studie, ett amerikanskt forskarlag skapade en ruteniumkatalysator som kunde omvandla koldioxid från luften till bränslet metanol. Dock, rutenium är också otroligt sällsynt, och skulle sannolikt stöta på samma tillgänglighets- och kostnadsproblem.

Hållbar koldioxidomvandling

Lyckligtvis, det är möjligt att utveckla katalysatorer som är mer hållbara och miljövänliga. Detta hänger ihop med principerna för "grön kemi" som har funnits sedan 1990-talet och har gått från klarhet till klarhet.

Jag är en av många forskare över hela världen som använder relativt rikligt, och därmed mer hållbart, metaller för koldioxidomvandling. Kollegor och jag utvecklade nyligen en aluminiumkatalysator, till exempel. Det är vettigt att använda aluminium eftersom det är en av de mest förekommande metallerna i jordskorpan och har visat sig lovande när det gäller koldioxidutnyttjande.

Denna katalysator kan omvandla koldioxid till cykliska karbonater, kommersiellt värdefulla produkter som används i batterier, läkemedel och polymerer. Katalysatorn kan också "regenereras" när dess reaktivitet har försvunnit och kan återanvändas flera gånger.

Överflöd vs reaktivitet

Men det är inte alltid helt enkelt att använda rikligare metaller och jag erkänner att jag själv har sysslat med att använda mindre hållbara metaller. Dessa inkluderar krom, en giftig form som var föremål för filmen "Erin Brockovich, "och platina, en annan metall som uppskattas stå för mindre än 0,000001 % av jordskorpan.

Jag använde dessa knappa metaller eftersom hållbarhet inte alltid är ett substitut för reaktivitet. Grundläggande kemiska skillnader mellan sällsynta och rikliga grundämnen innebär att enkel substitution inte nödvändigtvis skapar en katalysator. Till exempel, mina kollegor fann att krom i vissa fall var mer reaktivt än aluminium vid bildning av cykliska karbonater.

Att forska i sällsynta metaller är fortfarande ett intressant område att utforska och kommer att leda till nya kemiska upptäckter som rikligt med metaller inte skulle kunna producera. Den imponerande katalytiska aktiviteten hos rhenium- och ruteniumkatalysatorerna får inte ignoreras.

Det massiva problemet med klimatförändringar innebär dock att vi måste vara mer realistiska och hänsynsfulla när det gäller att designa katalysatorer för storskalig industriell tillämpning. Detta är inte på något sätt en lätt bedrift.

Självklart, Att bara använda rikligt med naturmaterial gör inte nödvändigtvis våra metoder grönare. En sann utvärdering av hållbarhet är tuff och involverar en komplex bedömning av hela processen, inklusive faktorer som använda råvaror, energi som krävs, driftskostnader och sparat kol.

I sista hand, vi måste avleda mer ansträngningar mot hållbar minskning av klimatförändringarna så snart som möjligt. Som David Attenborough sa vid det senaste COP24-toppmötet i Polen:"Om vi ​​inte vidtar åtgärder, kollapsen av våra civilisationer, och utrotningen av mycket av den naturliga världen, är vid horisonten."

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.