CO2-ak bultzatutako gizarte baterantz: landareetatik ikasten

Uxua Huizi-Rayo, Eider San Sebastian, Javier Cepeda

Azken urteetan teknologiaren iraultza izugarria gertatu da, bizitzaren erritmoa azkartu eta egoera erosoagoak erraztu dizkigunak. Gizartearen garapen ekonomiko, teknologiko eta industrialak orain arte erregai-fosilen bidez asetzen zen energia-beharra areagotu du; izan ere, erregai fosilen konbustioaren bidez energia kantitate handiak lortzen dira. Baina iturri hauen kontsumoa beraien birsorkuntza baino azkarragoa da eta agortzen ari dira, beraien konbustio prozesuak aldaketa klimatikoaren eragilea den karbono dioxidoa (CO₂) atmosferara emititzeaz gain. Egoera honen aurrean, zientzialariok berotegi-efektua murriztu eta energia-beharrak ase ditzakeen CO₂-ren birziklapen prozesua garatzea proposatzen dugu.

Urtero gutxienez 32.000 milioi tona CO₂ emititzen dira atmosferara eta horietatik 200 milioi baino gutxiago aprobetxatzen dira. Hori dela eta, Carbon Capture and Storage (CCS) teknologiak garrantzia hartu du, karbono dioxidoa jaso eta berrerabiltzeko aukerei ateak zabaldu dizkiolako. Karbono dioxidoa transformatzeko prozesu ugari badaude ere, CO₂ molekula apurtzeko tenperatura eta boltaje altuak behar dira, prozesuen kostua handituz eta jasangarritasuna murriztuz. Baina badago prozesu natural bat fotokatalizatzaileak eta eguzki-argia soilik behar dituena: landareen fotosintesia. Prozesu honetan, landareek atmosferako CO₂ hartu eta elikagaietan transformatzen dute erreakzio fotokatalitikoen bidez. Beraz, fotosintesi artifizialak arazo hau erregulatu dezake, kontsumo energetiko gehigarririk eta ingurumenean kalterik eragin gabe.

Fotokatalisian aplikagarriak diren material ezberdinak badaude ere, oraindik ez da aurkitu emaitza adierazgarriak eman dituen konposaturik. Horregatik, aurretik ezagunak diren materialak hobetu, edota aplikazio honetarako egokiak diren material berriak diseinatu, sintetizatu eta garatu behar dira. Azken urteotan metal-organic framework (MOF) izeneko konposatu hibridoetan jarri da ikusmira. MOFak funtzionalizatu daitezkeen material kristalino mota berri bat dira, nodo metaliko eta molekula organikoak elkartuz sortutakoak, eta dimentsio bateko, biko edo hiruko koordinazio sareak osa ditzakete. Beraien izaera hibrido horretan dago gakoa: metalak eta ligandoak nahi bezala konbinatu daitezke, material berri eta ezberdinak sortzeko. Hori kimikariontzako abantaila handia da, MOFa propietate jakin batzuk lortzeko diseinatu dezakegulako, metalak eta ligandoak modu egokian aukeratuz. Hori dela eta, material berri hauen aplikagarritasuna oso anitza da. Fotokatalisirako MOF interesgarrienak hiru dimentsiokoak dira arrazoi ezberdinengatik:

1) Egitura porotsuari esker fotokatalisirako gainazal eskuragarria handitzen da. Porositatea aukeratutako metal eta ligandoen arabera moldatu daiteke, poroen tamaina eta forma aldatuz erreaktiboen garraioa errazteko materialean zehar.

2) Eguzki-argiaren espektro ikuskorrean lan egiteko diseinatu daitezke.

3) Baldintza katalitikoak jasateko beharrezkoak diren egonkortasun kimiko eta termikoa erakusten dute.

4) Erreakzioatik erraz banatu daitezke berrerabiltzeko aukera emanez, katalizatzailearen bizitza-denbora luzatuz eta hondakin eta kutsatzaile kopurua murriztuz.

Fotosintesi artifiziala burutzeko gehien ikertu den MOFetako bat NH₂-UiO-66 izan da, Osloko Unibertsitatean aurkitutako materiala (UiO = University of Oslo), eta ondorengo eskemako mekanismoa jarraitzen du:

1) CO₂ poroetatik difusioaren bidez pasatzean NH₂-UiO-66ren gainazalean adsorbatzen da.

2) Fotokatalizatzailea argiarekin irradiatuz aktibatzen da.

3) Ligando-metal karga-transferentzien bidez, nodo metalikoa kitzikatzen da.

4) Nodo metalikoak adsorbatutako CO₂ erreduzitzen du eta, aldi berean, erreakzio mediora gehitutako ura oxidatu egiten da CO₂-ren erredukzio produktuari hidrogenoak emateko.

5) Karbono dioxidoa erreduzitzean, azido formikoa askatuko litzateke produktu modura.

Iturria

Artikuluaren fitxa

• Aldizkaria: Ekaia
• Zenbakia: Ekaia 37
• Artikuluaren izena: CO₂-ak bultzatutako gizarte baterantz: landareetatik ikasten.
• Laburpena: Gaur egungo energia-beharra dela eta, energia-iturri fosilak agortu eta CO₂– isuriak hazten ari dira. Horrek energia-iturri alternatiboekin bultzatutako gizartearen ideiari indarra ematen dio. CO₂-emisioen papera klima-aldaketan aski ezaguna da. Horregatik, kutsatzaile horren birziklapenak energia-beharra eta klima-aldaketa erregula ditzakeela pentsatzen da. CO₂ eraldatzeko prozesu bat baino gehiago badaude ere, gehienetan tenperatura eta boltaje oso altuak behar dira, erredukzio fotokatalitikoaren kasuan izan ezik. Horrek landareen fotosintesia simulatzen du, baina, prozesuari bere etekin guztia ateratzeko, fotokatalizatzaileak hobetu behar dira. MOFak metalak eta molekula organikoak koordinatuz osatutako material nanoporotsu mota bat dira, adsortzioaren bidez molekula txikiak harrapatu ditzaketen zulo edo kanalak dituztenak. MOFaren diseinu egokiarekin, metalak eta ligandoak ondo aukeraturik, material horiek CO₂-aren erredukzio fotokatalitikoa burutzeko gai izan daitezke.
• Egileak: Uxua Huizi-Rayo, Eider San Sebastian, Javier Cepeda
• Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua
• ISSN: 0214-9001
• eISSN: 2444-3255
• Orrialdeak: 189-209
• DOI: 10.1387/ekaia.20860

Egileez

Uxua Huizi-Rayo, Eider San Sebastian, Javier Cepeda UPV/EHUko Donostiako Kimikako Fakultateko Kimika Ez-organikoa Sailekoak dira.

Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.