Miðbiksmat í eðlisfræði - Naveed Ashraf

Heiti ritgerðar: Endurnýjanleg umbreyting CO₂ í grænt eldsneyti (Renewable conversion of CO2 to green fuels)

Nemandi: Naveed Ashraf

Doktorsnefnd: Dr. Younes Abghoui, fræðimaður við Eðlisvísindastofnun
Dr. Egill Skulason, prófessor við Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild, Háskóla Íslands
Dr. Einar Örn Sveinbjörnsson, prófessor við Raunvísindadeild Háskóla Íslands

Ágrip

Ofgnótt losunar gróðurhúsalofttegunda hefur ógnað vistkerfi jarðar verulega og haft í för með sér alvarleg umhverfisáhrif. Aukinn styrkur koltvísýrings (CO₂) vegna notkunar jarðefnaeldsneyta raskar náttúrulegum hringrásum, eykur hlýnun jarðar, veldur bráðnun jökla og stuðlar að loftslagsbreytingum. Því er bráð nauðsynlegt að grípa til aðgerða til að fanga CO₂ og umbreyta því í endurnýjanlegt eldsneyti til að draga úr þessum áhrifum. Vísindamenn og fræðimenn hafa í áratugi unnið að þróun kerfa sem geta fangað CO₂ og umbreytt því í verðmæt efni. Áframhaldandi rannsóknir og þróun í efnafræði CO₂ afoxunar eru lykilatriði til að fullnýta möguleika þessarar tækni í baráttunni gegn loftslagsbreytingum og til að stefna í átt að sjálfbærri framtíð. Fjölmargar aðferðir eru til staðar til að umbreyta CO₂ í verðmæta afurði, þar á meðal lífefnafræðilegar, varmaefnafræðilegar og ljósefnafræðilegar aðferðir; en rafefnafræðilegar aðferðir eru sérstaklega hagstæðar þar sem þær geta nýtt endurnýjanlega orku og dregið þannig úr niðurbroti umhverfisins. Rafhvötun er talin lykilaðferð og skilvirk tækni til sjálfbærrar framleiðslu á eldsneyti og efnum frá endurnýjanlegum orkugjöfum. Þessar tæknilausnir draga ekki aðeins úr styrk CO₂ í andrúmslofti heldur nýtast einnig sem árangursríkar aðferðir til að glíma við ört vaxandi orkuþörf. Efnahvatar gegna lykilhlutverkum í rafefnafræðilegu ferlum við umbreytingu CO₂ í verðmæta afurði. Þessi rannsókn kannaði og mat ýmsa nýja efnahvata fyrir CO₂-afoxunarhvörf (CO₂RR) og kolmónoxíð-afoxunarhvörf (CORR), með því að rannsaka tvo ólíka hvarfganga. Niðurstöður þessara rannsókna hafa verið birtar í ýmsum vísindaritum. Greining á aðsogi CO₂ og CO sýnir að aðsog CO er orkulega hagstæðara en CO₂, sem gerir CORR hvarfið áhugaverðara en CO₂RR þegar það kemur að nýju efnahvötunum okkar. Helstu afurðir sem fást við þessa hvata eru C1 og C2 efni, eins og maurasýra, metan, metanól, etýlen, etanól og etandíól. Rannsóknin fór ítarlega í gegnum hverja prótónunarþrep og veitir dýrmætar upplýsingar um virkni CO₂RR og CORR á yfirborði nýju hvatanna okkar. Á þessum tímamótum í átt að sjálfbærri orkuframtíð leggja fræðileg nýmæli þessarar rannsóknar grunn að tilraunakenndum rannsóknum sem gætu leitt til fullrar nýtingar á rafhvatakerfum til að hraða umbreytingunni í átt að grænni framtíð.