Tredje delen om koldioxidanvändningen: Låt oss återanvända CO2

För ett antal år sedan skrev jag en artikel i FiB/K, (11/2007, ) om möjligheten att tillverka metanol (CH3OH), liksom andra kolvätebaserade bränslen, från koldioxid och vätgas. Istället för att låta koldioxiden, som förbränningen av fossila bränslen ger upphov till, bara gå rakt ut i luften – eller eventuellt söka gömma undan den i marken med CCS-teknik – borde man försöka återanvända den. Något de gröna växterna är mycket bra på, som bekant. Från koldioxid och vatten framställer de med hjälp av solljuset som energikälla energirika kolhydrater, t.ex. druvsocker, i en biokemisk process som kallas fotosyntes. I fotosyntesen frigörs även syrgas, (O2). Exakt samma mängd syre som bundits i koldioxiden genom förbränningen återställs. Vilket alla levande varelser, vars kroppsvärme produceras genom s.k. aerob respiration (= använder O2 som oxidationsmedel), har anledning att känna tacksamhet över.

Tanken att människan skulle kunna göra något liknande som gröna växter och alger, det vill säga återanvända CO2 för att producera energirika föreningar, verkar inte orimlig. En ledande förespråkare för denna idé är den ungersk-amerikanska kemisten George Olah (f. 1927), professor i organisk kemi vid University of Southern California och belönad med Nobelpriset i kemi 1994. Den belönade upptäckten rörde dock ett annat område än det som här beskrivs.

I princip är idén enkel. Genom att vid måttligt höga tryck och temperaturer (50 atmosfärer, 250 grader Celsius) reagera koldioxid med vätgas kan ett stort antal kolväteföreningar framställas. Vilka föreningar som bildas beror bland annat på vilken typ av katalysator som används. Vid metanolsyntes fungerar till exempel kopparmetall (Cu) tillsammans med zirkoniumdioxid (ZrO2) som katalysator. En annan högintressant förening vid sidan av metanol är dimetyleter (CH3OCH3). Både föreningarna är utmärkta fordonsbränslen. Dietyleter kan dessutom ersätta diesel, vilket är speciellt intressant då tunga fordon (långtradare, traktorer osv) i motsats till lätta som personbilar inte kan utnyttja batteridrift. Skälet till detta är att batteriers energidensitet till skillnad från den hos flytande kolvätebränslen är alltför låg. Batterier producerar med andra ord för lite nyttigt arbete i förhållande till sin egen vikt, när ett mycket tungt arbete ska utföras.

I den isländska metanolfabriken använder man sig av följande reaktion:

                          CO2  +  2 H2  =  CH3OH  +  ½O2

Vätgasen framställs genom elektrolys av vatten. Man använder basisk hydrolys med nickelelektroder för att slippa dyrbara platinaelektroder, som normalt anses som det ”bästa” materialet vid elektrolys av vatten. Men i en hållbar värld kommer vi inte att kunna använda oss av alltför sällsynta och dyrbara råmaterial, särskilt inte i vid storskaliga tillämpningar. Koldioxiden tas idag ur det heta källvattnet, men i en framtida fullskaleanläggning avser man att använda industriellt producerad CO2, till exempel från aluminiumframställningen, som genererar stora mängder av gasen. Man får då ett system som cirkulerar CO2. På lång sikt, när vi inte längre använder fossila bränslen, skulle man även kunna ta koldioxiden direkt från luften.

Enligt uppgift producerar försöksanläggningen i Sangesi, som varit igång sedan 2012, något tusental ton metanol om året. Och även om man inte var villig att besvara alla våra frågor, t.ex. beträffande katalysatorn, klargjorde man att man nu anser sig känna tekniken tillräckligt väl för att en uppskalning från pilotskala till en fullskalig metanolfabrik inte borde innebära några större problem. Denna lovande teknik börjar nu också långsamt tilldra sig världens uppmärksamhet. Frankrikes energi- och miljöminister Ségolène Royal var nyligen på besök.

När det gäller teknisk-praktisk kemi har människan ofta kunnat framställa olika ämnen (glas och järn är goda exempel) långt innan hon förstod vad det var hon faktiskt gjorde. Samma sak gäller användningen av koldioxid och vätgas som råvaror för syntes av kolväteföreningar. En detaljerade förståelse för dessa kemiska reaktioner saknas ännu; inte minst när det gäller hur olika katalysatorer fungerar. Det försöker vi ta reda på vid Institutionen för Fysik, Kemi och Biologi (IFM) vid Linköpings universitet.

Detta är den sista artikeln av tre, där jag diskuterar hanteringen av koldioxidproblemet. De två föregående hittas här och här på webbsidan