Chyba tylko najwięksi optymiści wierzą jeszcze w możliwość drastycznego ograniczenia emisji gazów cieplarnianych w relatywnie krótkim czasie. W związku z tym coraz więcej badaczy skupia się na poszukiwaniu praktycznych metod usuwania z powietrza niechcianych molekuł. Najnowszy projekt przedstawiony przez pracowników Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Procesowej Politechniki w Zurychu, zakłada stworzenie pułapki reagującej na obecność światła.
Zespół kierowany przez Marię Lukatskayą postanowił skupić się na właściwościach fotokwasów, czyli substancji, nabierających kwasowości przez absorpcję fotonów. W tym przypadku wzięto na warsztat cząsteczki merocyjaniny, które pod wpływem oświetlenia uwalniają protony, co z kolei prowadzi do zmiany odczynu pH i zakwaszenia.
Odczyn jest ważny, ponieważ dwutlenek węgla inaczej zachowuje się w roztworach kwasowych – gdzie utrzymuje postać CO2 – a inaczej w zasadowych, z którymi wchodzi w reakcję, tworząc sole kwasu węglowego (węglany).
Łącząc te fakty, inżynierowie obmyślili prostą pułapkę. Przepuszczają powietrze przez ciecz zawierającą fotokwas w ciemności, pozwalając jej na wychwytywanie dwutlenku węgla i utworzenie węglanów. Kiedy proces zostanie zakończony, włączają światło, co prowadzi do wzrostu kwasowości i odwrócenia reakcji: sole kwasu węglowego oddają molekuły CO2, który ulatnia się z roztworu podobnie, jak ze świeżo otwartej butelki wody gazowanej. Metoda daje szansę na stworzenie stosunkowo prostego mechanizmu separowania dużych ilości dwutlenku węgla, który można następnie np. zamknąć we wcześniej przygotowanych zbiornikach.
Fotokwasy są znane nie od wczoraj, jednak do tej pory głównym problemem pozostawała ich niestabilność. Żeby opisana technika miała sens, “odgazowany” roztwór musi być gotowy do ponownego przyjęcia CO2 – tymczasem większość cząsteczek merocyjaniny ulega rozkładowi w wodzie już po jednym dniu. Główną zasługą ekipy ze Szwajcarii jest właśnie uporanie się z tym kłopotem. Eksperymentując ze składem i proporcjami roztworu, odnaleziono wreszcie taką recepturę, w której fotokwas utrzymuje się znacznie dłużej – bo prawie miesiąc.
Co najistotniejsze, jak zauważa sama autorka badania: “nasz proces nie wymaga specjalnego ogrzewania ani chłodzenia, więc potrzebuje znacznie mniej energii od innych metod”. Istotny koszt stanowi tu jedynie wytwarzanie koniecznych substancji – stąd tak istotna jest ich data ważności. Z kolei do działania samego systemu, teoretycznie wystarczy nawet zwykłe światło słoneczne.
Publikację pod tytułem Solvation-Tuned Photoacid as a Stable Light-Driven pH Switch for CO2 Capture and Release znajdziecie na stronie American Chemical Society.
