Το ορατό φως μπορεί να μετατρέψει το διοξείδιο του άνθρακα σε κοινά υλικά

Η παραγωγή πολλών χημικών ουσιών που είναι σημαντικές για την ανθρώπινη υγεία και άνεση καταναλώνει ορυκτά καύσιμα, συμβάλλοντας έτσι με τις εξορυκτικές διεργασίες στις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα και στην κλιματική αλλαγή. Μια νέα όμως προσέγγιση χρησιμοποιεί το φως του ήλιου για τη μετατροπή των αποβλήτων διοξειδίου του άνθρακα σε αυτές τις απαραίτητες χημικές ουσίες, μειώνοντας δυνητικά τις εκπομπές με δύο τρόπους: χρησιμοποιώντας το ανεπιθύμητο αέριο ως πρώτη ύλη για συνηθισμένα υλικά και το ηλιακό φως, όχι τα ορυκτά συνήθη καύσιμα, ως πηγή ενέργειας που απαιτείται για την παραγωγή τους.

Αυτή η διαδικασία γίνεται όλο και πιο εφικτή χάρη στην πρόοδο των καταλυτών ή των φωτοκαταλυτών που ενεργοποιούνται με το φως του ήλιου. Τα τελευταία χρόνια οι ερευνητές έχουν αναπτύξει φωτοκαταλύτες που διασπούν τον ανθεκτικό διπλό δεσμό μεταξύ άνθρακα και οξυγόνου στο διοξείδιο του άνθρακα. Αυτό είναι ένα κρίσιμο πρώτο βήμα για τη δημιουργία «ηλιακών διυλιστηρίων» που παράγουν χρήσιμες ενώσεις από τα απόβλητα αέρια – συμπεριλαμβανομένων των μορίων «πλατφόρμας» που μπορούν να χρησιμεύσουν ως πρώτες ύλες για τη σύνθεση τόσο ποικίλων προϊόντων όπως φάρμακα, απορρυπαντικά, λιπάσματα και υφάσματα.

Οι φωτοκαταλύτες είναι συνήθως ημιαγωγοί, οι οποίοι απαιτούν υπεριώδες φως υψηλής ενέργειας για τη δημιουργία των ηλεκτρονίων που εμπλέκονται στον μετασχηματισμό του διοξειδίου του άνθρακα. Ωστόσο, το υπεριώδες φως είναι τόσο σπάνιο (αντιπροσωπεύει μόλις το 5 τοις εκατό του ηλιακού φωτός) και επιβλαβές. Η ανάπτυξη νέων καταλυτών που λειτουργούν κάτω από πιο άφθονο και μη βλαβερό ορατό φως ήταν επομένως ένας σημαντικός στόχος. Αυτή η ζήτηση αντιμετωπίζεται με προσεκτική τεχνική της σύνθεσης, της δομής και της μορφολογίας των υπαρχόντων καταλυτών, όπως το διοξείδιο του τιτανίου. Παρόλο που μετατρέπει αποτελεσματικά το διοξείδιο του άνθρακα σε άλλα μόρια με τη βοήθεια του υπεριώδους φωτός, το ντόπινγκ με άζωτο μειώνει σημαντικά την απαιτούμενη ενέργεια για να το καταφέρει. Έτσι, ο αλλοιωμένος καταλύτης χρειάζεται τώρα μόνο ορατό φως για την παραγωγή ευρέως χρησιμοποιούμενων χημικών όπως η μεθανόλη (CH3OH), η φορμαλδεΰδη (HCHO) και το μυρμηκικό οξύ (HCOOH), που από κοινού είναι σημαντικές στην κατασκευή κόλλας, αφρών, κόντρα πλακέ, ξύλων για ντουλάπια και πατώματα, απολυμαντικών.

Προς το παρόν, η ηλιακή χημική έρευνα πραγματοποιείται κυρίως σε ακαδημαϊκά εργαστήρια, συμπεριλαμβανομένου του Κοινού Κέντρου Τεχνητής Φωτοσύνθεσης, το οποίο διαχειρίζεται το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας σε συνεργασία με το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley, όπως με μια ολλανδική συνεργασία πανεπιστημίων, βιομηχανιών και ερευνητικών και τεχνολογικών οργανισμών που ονομάζονται κοινοπραξία Sunrise · και το τμήμα ετερογενών αντιδράσεων στο Max Planck της Γερμανίας. Ορισμένες νεοσύστατες επιχειρήσεις εργάζονται σε μια διαφορετική προσέγγιση για τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε χρήσιμες ουσίες, δηλαδή την εφαρμογή ηλεκτρικής ενέργειας για την προώθηση των χημικών αντιδράσεων. Η χρήση ηλεκτρικής ενέργειας για την τροφοδοσία των αντιδράσεων θα ήταν προφανώς λιγότερο φιλική προς το περιβάλλον από τη χρήση ηλιακού φωτός εάν η ηλεκτρική ενέργεια προήλθε από καύση ορυκτών καυσίμων.

Αν οι επιτυχίες στο εργαστήριο σχετικά με τους φωτοκαταλύτες μπορέσουν να εφαρμοστούν σε βιομηχανική κλίμακα, αυτό θα αποτελέσει επαναστατική εξέλιξη, καθώς μια ουσία που σήμερα είναι ενοχλητικό παραπροϊόν της βιομηχανικής παραγωγής θα γίνει χρήσιμη πρώτη ύλη για την παραγωγή χημικών προϊόντων, χωρίς να εκλύεται στην ατμόσφαιρα, τουλάχιστον όχι όσο σήμερα. Αυτό, φυσικά, με την προϋπόθεση ότι η συλλογή και χρήση του διοξειδίου του άνθρακα θα απέφερε ικανό κέρδος, μοναδικό κίνητρο της καπιταλιστικής παραγωγής.