Ερευνητές στο University of Virginia School of Engineering and Applied Science βρήκαν τρόπο για μεγάλης κλίμακας παραγωγή ενός «θαυματουργού» υλικού, που είναι ικανό να αξιοποιεί για χρήσιμες εφαρμογές διοξείδιο του άνθρακα που έχει «αιχμαλωτιστεί».
Το εν λόγω επίτευγμα από το εργαστήριο του επίκουρου καθηγητή χημικής μηχανικής Γκαουράβ Τζίρι υπόσχεται πολλά ως προς τη διαχείριση των αερίων θερμοκηπίου, που παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στο θέμα της κλιματικής αλλαγής, ενώ μπορεί να συμβάλει και στην κάλυψη των ενεργειακών αναγκών.
Το εν λόγω υλικό, ονόματι ΜOF-525, ανήκει στην κατηγορία των μεταλλικών οργανικών πλεγμάτων ή πλαισίων (metal organic frameworks). «Αν μπορείς να κάνεις αυτά τα MOF να καλύψουν μεγάλες περιοχές, τότε νέες εφαρμογές καθίστανται δυνατές, όπως η δημιουργία μιας μεμβράνης για να αιχμαλωτίζεται άνθρακας και να λαμβάνει χώρα ηλεκτροκαταλυτική μετατροπή, όλα σε ένα σύστημα» είπε σχετικά ο Τζίρι.
Η ηλεκτροκαταλυτική μετατροπή (electrocatalytic conversion) δημιουργεί μια «γέφυρα» από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας στην απευθείας χημική σύνθεση, βγάζοντας από την «εξίσωση» τα ορυκτά καύσιμα. Αυτό που καθιστά «θαυματουργά» τα MOF είναι οι εξαιρετικά πορώδεις, κρυσταλλικές δομές τους- τρισδιάσταστα δίκτυα μικρών κοιλοτήτων που δημιουργούν μεγάλες εκτάσεις εσωτερικής επιφάνειας και πρακτικά λειτουργούν ως «σφουγγάρια»- καθώς μπορούν να παγιδεύουν διάφορα χημικά.
Η ομάδα του Τζίρι θεώρησε πως αρχίζοντας με μια εκ των πραγμάτων κλιμακωτή τεχνική σύνθεσης (solution shearing) τα πράγματα θα γίνονταν ευκολότερα- ήδη είχαν επιτυχία σε πιο απλά MOF. Στο πλαίσιο της διαδικασίας αυτής τα συστατικά του MOF αναμειγνύονται σε ένα διάλυμα και μετά «αλείφονται» πάνω σε ένα υπόστρωμα. Καθώς το διάλυμα εξατομίζεται, προκύπτει το MOF υπό τη μορφή ενός λεπτού «φιλμ» πάνω στο υπόστρωμα. Όταν το MOF-525 εφαρμόζεται κάπου με αυτόν τον τρόπο, παράγεται μια μεμβράνη «για όλες τις δουλειές», για παγίδευση και μετατροπή άνθρακα.
Οι ερευνητές επιδίωξαν τη μετατροπή διοξειδίου του άνθρακα για να δείξουν πως η προσέγγισή τους λειτουργεί επειδή η συλλογή/ «αιχμαλώτιση» άνθρακα είναι κάτι που χρησιμοποιείται ευρύτατα για τη μείωση των βιομηχανικών εκπομπών ή την απομάκρυνσή του από την ατμόσφαιρα- ωστόσο το κόστος είναι υψηλό, ενώ το διοξείδιο άνθρακα έχει λίγη εμπορική αξία και τις πιο πολλές φορές απλά αποθηκεύεται επ’αόριστον στο υπέδαφος. Ωστόσο, με ελάχιστη ενέργεια, χρησιμοποιώντας ηλεκτρισμό, το MOF-525 μπορεί να απομακρύνει ένα άτομο οξυγόνου για να παράξει μονοξείδιο του άνθρακα, το οποίο με τη σειρά του είναι χρήσιμο σε πολλούς τομείς, όπως η παραγωγή καυσίμων, φαρμάκων και άλλων προϊόντων. Σημειώνεται πως η διαδικασία της επιτάχυνσης αντιδράσεων, ειδικά μέσω ηλεκτροκατάλυσης, που καταναλώνει λιγότερη ενέργεια από αντιδράσεις που λειτουργούν με θερμότητα ή πίεση, είναι απαραίτητος πυλώνας της μετάβασης σε ένα πιο «πράσινο» μέλλον.