Metanol z dwutlenku węgla
Obiecujące rozwiązanie problemu globalnego ocieplenia polega na wykorzystywaniu CO2 otrzymywanego z powietrza lub bezpośrednie zredukowanie jego emisji poprzez użycie CO2 jako składnika w chemii przemysłowej. Problemem jest jednak to, że niektóre substraty reakcji stosowane w takich procesach mogą uwalniać jeszcze więcej CO2, niż miałoby trafić do produktu końcowego. Celem projektu ECO2CO2 (Eco-friendly biorefinery fine chemicals from CO2 photo-catalytic reduction), finansowanego ze środków UE, było przekształcenie CO2 w metanol. Kluczem do tego celu był reaktor fotoelektrochemiczny, którego zadaniem jest wykorzystanie wody i światła słonecznego do konwersji dwutlenku węgla ze sprawnością 6%. Zastosowano go do chemikaliów czystych, na przykład tych używanych w perfumach, aromatach i klejach. Prace rozpoczęto od wybrania różnych docelowych chemikaliów czystych zgodnie z potrzebami partnerów. Z uwagi na zmianę koncepcji w trakcie realizacji projektu, uczeni zmodyfikowali umowę o grant. Następnie zbadano dwie metody produkcji metanolu: (1) bezpośrednią syntezę metanolu oraz (2) pośrednią syntezę, opracowując elektrokatalizę w celu redukcji CO2 i H2O do CO i H2 (gaz syntezowy), który można przekształcić w metanol przy użyciu tradycyjnych procesów. Uczeni przeanalizowali reaktory katalityczne pod kątem konkurencyjnej produkcji cennych chemikaliów czystych z wykorzystaniem metanolu jako substratu reakcji (np. 2-furoinian metylu, żywice z ligniny) oraz różne systemy reaktorów. Mniejszy pozwolił na wytwarzanie 1-10 gramów na godzinę (g/h), a większy na wytwarzanie 10-100 g/h, odpowiednio, 2-furoinianu metylu i składników klejów (częściowych substytutów fenolu). Na tym etapie osiągnięto 15% pierwotnego celu dotyczącego produktywności. Następnie zespół poddał wstępnej obróbce, uzdatnił i scharakteryzował próbki ligniny. Przeprowadzono mycie kwasem, aby zmniejszyć zawartość węglowodanów w ligninie. Zbadano również różne metody odzyskiwania produktów rozkładu ligniny. Najważniejsze komponenty wybrano do dalszych eksperymentów. Najwyższy uzyskany współczynnik przemiany dla metylacji ligniny wyniósł 43%. Wyniki ten wskazuje, że możliwe jest zwiększenie wydajności procesu do 100 g/h. Dane z modelowania wyznaczyły też obiecujący kierunek dalszych badań. Najlepszym dotychczasowym rezultatem było 4,8% sprawności przemiany światła słonecznego w gaz syntezowy (przy dość stabilnym stosunku CO/H2 wynoszącym 3). Techniki syntezy opracowane w projekcie ECO2CO2 nadają się do masowej produkcji. Uczeni wykorzystali te metody do wytworzenia prototypu, działającego zgodnie z oczekiwaniami przez 1000 godzin. Opracowano też plany wykorzystania tego rozwiązania i plany ekonomiczne. Warto również wspomnieć o organizacji licznych szkoleń. Efektem projektu ECO2CO2 powinny być nowe sposoby przemysłowego wykorzystania CO2 do wytwarzania metanolu i innych paliw (np. gazu syntezowego): ważnych i różnorodnych chemikaliów. Procesy te mogą przyczynić się tym samym do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych w europejskim przemyśle.
Słowa kluczowe
Metanol, dwutlenek węgla, ECO2CO2, biorafineria, chemikalia czyste, systemy fotokatalityczne, paliwa słoneczne