- Stężenie CO₂ w atmosferze stale rośnie, próbujemy znaleźć sposób na jego ponowne wykorzystanie – mówi dr Bartłomiej Szyja z Wydziału Chemicznego PWr. Wraz ze swoim zespołem prowadzi badania nad stworzeniem sztucznego liścia na bazie grafenu

Technologie wykorzystujące paliwa kopalne do wytwarzania energii produkują miliardy ton dwutlenku węgla rocznie, który odpowiada m.in. za globalne ocieplenie. Co zrobić z taką ilością CO₂? – To jeden z ważniejszych tematów, jakimi zajmują się obecnie naukowcy – uważa dr Szyja z Zakładu Chemii i Technologii Paliw.

Będzie działać jak prawdziwy liść

Wyjaśnia, że dwutlenek węgla jest bardzo stabilną cząsteczką, dlatego  proces jej utylizacji wymaga dużego wkładu energii. – Najlepiej, żeby to była energia  pozyskiwana z odnawialnych źródeł, wtedy cały proces ma sens – mówi naukowiec.  Dodaje, że przyroda radzi sobie z tym problemem poprzez proces fotosyntezy, gdzie CO₂ przetwarzany jest w bardziej użyteczne związki , w tym cukry, z użyciem światła słonecznego jako siły napędowej. Jednak ogromna ilość CO₂ emitowanego do atmosfery przewyższa możliwości absorbcji tego związku przez roślinność i oceany.
- Stąd od jakiegoś czasu na świecie prowadzone są  badania nad utylizacją dwutlenku węgla.  To proces skomplikowany i wieloetapowy. Możliwych jest wiele rozwiązań, które prowadzą do różnych produktów końcowych. Z naszego punktu widzenia, najbardziej interesujące są np. metan (CH₄) lub metanol (CH₃OH), ponieważ można je ponownie wykorzystać jako paliwa – tłumaczy dr Szyja. – Tym samym zamyka się cykl obiegu CO₂ powstającego jako produkt spalania. Nasze podejście jest o tyle nowatorskie, że chcemy w całym procesie zastosować katalizator wykorzystujący grafen - mówi naukowiec. – Chcemy zaprojektować i stworzyć prototyp nieorganicznego urządzenia, posiadającego podobne właściwości, co naturalny liść do przetwarzania CO₂.

Grafen jako przewodnik elektronów

Urządzenie ma składać się z dwóch części, pełniących te same funkcje co fotosystemy w przyrodzie. Rolą fotoanody jest pozyskanie protonów i elektronów z cząsteczek wody pod wpływem światła, a katody uwodornienie cząsteczek CO₂ z wykorzystaniem tychże protonów i elektronów. Grafen doskonale sprawdza się jako przewodnik elektronów, jednakże sam nie jest aktywny w reakcji uwodornienia CO₂, zatem konieczna będzie jego modyfikacja poprzez naniesienie odpowiedniej fazy aktywnej.

Dr Bartłomiej Szyja kieruje zespołem badawczym, w skład którego wchodzą dr Katarzyna Pstrowska, doktorant Krzysztof Buzar i studentki Wydziału Chemicznego - Kinga Szkaradek i Beata Solecka. Projekt finansowany jest w ramach programu Opus 11 Narodowego Centrum Nauki. Uczony otrzymał na jego realizację ponad 550 tysięcy złotych.

- Będą to badania podstawowe z rozbudowaną częścią obliczeniową, które zakończymy eksperymentem, czyli sprawdzimy, jak nasze urządzenie działa w rzeczywistości – mówi naukowiec. Podkreśla, że najpierw trzeba zrozumieć cały proces przetwarzania dwutelnku węgla, co pomoże w zaprojektowaniu odpowiedniego katalizatora. W tym celu przeprowadzimy szereg symulacji komputerowych, a potem  spróbujemy je „powtórzyć” w warunkach laboratoryjnych. – Już pierwsze obliczenia wykonane w głównej mierze przez Kingę Szkaradek, wykazują, że idziemy w dobrym kierunku – twierdzi dr Szyja.
Badania chemików potrwają trzy lata. Doktor Bartłomiej Szyja w przyszłości widzi zastosowanie wynalazku np. w przemyśle paliwowym, choć, jak podkreśla, do tego jest jeszcze bardzo daleka droga.

Dr Bartłomiej Szyja jest absolwentem Wydziału Chemicznego PWr, ukończył specjalność informatyka chemiczna. Stopień doktora nauk technicznych uzyskał również na naszej uczelni. Po obronie doktoratu realizował staż post-doktorski na Technische Universiteit Eindhoven, który z planowanych 2 lat wydłużył się do prawie 10. Na Politechnikę wrócił w październiku 2015, gdzie prowadzi badania z zakresu  symulacji komputerowych w dziedzinie otrzymywania paliw i ochrony środowiska.

Iwona Szajner