המרת פחמן דו-חמצני לדלק פחמימני בהליך בררני

חוקרים הצליחו לפתח פוטו-זרז יעיל במיוחד המסוגל להמיר פחמן דו-חמצני לכדי מתאן או אתאן בעזרת תחמוצת טיטאניום מצופה בגרפן. הממצאים צפויים לשמש בתעשיות של צמצום ומחזור פחמן דו-חמצני

צוות מחקר מהמחלקה למדעי האנרגיה וההנדסה באוניברסיטה הקוראנית DGIST הצליח לפתח פוטו-זרז יעיל במיוחד המסוגל להמיר פחמן דו-חמצני לכדי חומרי דלק שמישים כגון מתאן או אתאן.

ככל שהפליטות של פחמן דו-חמצני הולכות ומתגברות, כך טמפרטורת כדור הארץ עולה ובעקבות כך גדל העניין הרב בצמצום הפליטה של פחמן דו-חמצני, שהוא הגורם הראשי להתחממות הגלובלית. בנוסף, המעבר לדלק מתחדש מתוך מקורות קיימים, זאת בעקבות דלדול מקורות האנרגיה, גם הוא מוליד תשומת לב רבה. במטרה לפתור בעיות סביבתיות חוצות מדינות, מחקר בתחום של פוטו-זרזים, החיוניים בהמרת פחמן דו-חמצני ומים לדלק פחמימני, גם הוא מוליד תשומת לב רבה.

הגם שחומרים מוליכים למחצה רבים בעלי פערי פסים משמשים בדרך כלל במחקרי פוטו-זרזים, הם מוגבלים מבחינת יכולת קליטת אנרגיה סולארית באזורים שונים. לפיכך, מחקרי פוטו-זרזים המתמקדים בשיפור המבנה ופני השטח של הזרזים על מנת להגביר את שטח קליטת האנרגיה הסולארית, או שימוש בחומרים דו-ממדיים בעלי יכולת העברת אלקטרונים מעולה, מתבצעים בכל רחבי העולם. צוות מחקר הצליח לפתח פוטו-זרז יעיל במיוחד המסוגל להמיר פחמן דו-חמצני לכדי מתאן(CH4) או אתאן(C2H6) על ידי קיבוע גרפן על גבי תחמוצת טיטאניום מחוזרת, זאת באופן יציב ויעיל. הפוטו-זרז שפותח על ידי צוות המחקר מסוגל להמיר באופן בררני פחמן דו-חמצני מתוך גז לכדי מתאן או אתאן.

התוצאות מראות כי נפח הייצור הוא 259 מיקרומול לגרם ו-77 מיקרומול לגרם של מתאן ואתאן, בהתאמה; וכי קצב ההמרה גבוה יותר בשיעורים של 5.2% ו-2.7% מאשר פוטו-זרזים רגילים על בסיס דו-תחמוצת טיטאניום מחוזרת. מבחינת נפח הייצור של אתאן, תוצאה זו מציגה את רמת היעילות הגבוהה ביותר תחת תנאי ניסוי זהים. צוות המחקר חשף מנגנון לייצור מתאן בעקבות תגובה בין רדיקל מתאן עם יוני מימן, ואתאן בעקבות תגובה בין שני רדיקלי מתאן. הזרז שפותח על ידי צוות המחקר צפוי להיות מיושם בעתיד במגוון תחומים, למשל בייצור מוצרים בעלי ערך מוסף, ולשמש בפתרון בעיות של התחממות גלובלית ודלדול במקורות האנרגיה, זאת בעזרת ייצור בררני של כמויות גדולות יותר של חומרים פחמימניים תוך שימוש באור השמש.
תקציר המאמר

הגברת הבררנות של הזרז המבוסס על פלטינה מצופת גרפן עם טיטאניה כחולה [באדיבות DGIST]