پژوهشگران دانشکده مهندسی دانشگاه واشینگتن در سنت لوئیس یک فرایند دومرحله‌ای اختراع کرده‌اند که دی‌اکسیدکربن را به مواد مورد قیمت کربنی تبدیل می‌کند. از این کربن تغییریافته می‌توان در صنایع غذایی، پلاستیک و دیگر کالاهای مبتنی بر مواد شیمیایی منفعت گیری کرد.

مطابق مقاله منتشرشده در ژورنال Nature Chemical Engineering، این فرایند الکترولیز دومرحله‌ای دی‌اکسیدکربن می‌تواند استات و اتیلن تشکیل کند. استات از مواد نزدیک به استیک اسید یا سرکه است که می‌توان از آن در محصولات مبتنی بر فرآوری‌های زیستی منفعت گیری کرد. اتیلن نیز یکی از ترکیبات پرکاربرد در پلاستیک‌ها و دیگر پلیمرها است.

این الکترولایزر دومرحله‌ای در‌حال‌حاضر می‌تواند روزانه یک کیلوگرم کربن تغییریافته با غلظت و خلوص بالا تشکیل کند. این عدد ۱٬۰۰۰ درصد از کوششهای قبلی زیاد تر است. ازاین‌رو، پژوهشگران می‌گویند اختراع آن‌ها می‌تواند به مقیاس صنعتی برسد و تبدیل به یک فناوری تجاری شود.

هم چنان راه بسیاری باقی مانده است تا این فناوری بتواند به یک راه‌حل مناسب برای مقابله با گرمایش جهانی تبدیل شود، اما این دستاورد یک قدم مهم در افزایش مقیاس است. چالش‌های مقیاس بزرگ فقط به اندازه سیستم مربوط نمی‌شوند. مهندسان باید بتوانند راهی اشکار کنند که در آن محصولات از هم جدا شوند. این چنین ملاحظات مربوط به دما و حمل‌ونقل نیز باید درنظر گرفته شوند تا کارکرد این فناوری مختل نگردد.

فناوری کربن تغییریافته

کار جاری پژوهشگران بر پایه پیشرفت‌های مقیاس کوچک قبلی در عرصه الکترولیز دی‌اکسیدکربن می بود. فناوری دومرحله‌ای آن‌ها درواقع از یک الکترولایزر دی‌اکسیدکربن و یک الکترولایزر مونوکسیدکربن (CO) راه اندازی شده است. این دو رآکتور الکتروشیمیایی به نوبت کار می‌کنند: ابتدا CO_۲ به CO و سپس CO به محصولات چندکربنی تبدیل می‌شود.

وجود دو مرحله علتمی‌شود که سیستم در تشکیل مواد خاص کارایی بالایی داشته باشد. پژوهشگران توانستند برای بیشتر از ۱۲۵ ساعت این سیستم را فعال نگه دارند که نشان از پایداری آن دارد. در این زمان، ۹۸ لیتر استات با غلظت بالا و خلوص ۹۶ درصد تشکیل شد.

علاوه‌بر راندمان بالا در تشکیل، این سیستم می‌تواند در روبه رو با آلودگی‌های صنعتی نیز انعطاف خود را نگه داری کند. این یک ویژگی مهم در کاربردهای واقعی و مقیاس‌های بزرگ است؛ چون ضمانت می‌کند که سیستم می‌تواند در برابر چالش‌های یک محیط صنعتی، کارکرد خود را نگه داری کند.

افزایش قیمت مواد غذایی در صنایع علتشده تا قیمت تعداد بسیاری از مواد اولیه محصولات مبتنی بر فناوری‌های زیستی افزایش اشکار کند؛ برای مثالً شکری که میکروب‌ها در این فرایندها نیاز دارند. فناوری کربن تغییریافته می‌تواند قیمت این محصولات را افت دهد. این چنین دی‌اکسیدکربن آزادشده در فرایندهای تشکیل شکر نیز حذف خواهد شد.

علاوه‌بر‌این، کارخانه‌ها می‌توانند یک چرخه دی‌اکسیدکربن بسته تشکیل کنند. یعنی برای مثالً با به‌دام‌انداختن کربن تولیدشده توسط میکروب‌ها، از آن شکر بسازند و این شکر را مجدد برای تغذیه به میکروب‌های نسل سپس بدهند.