Kunstigt blad producerer med succes ren gas

En meget udbredt gas, der i øjeblikket produceres fra fossile brændstoffer, kan i stedet fremstilles af et 'kunstigt blad', der kun bruger sollys, kuldioxid og vand, og som i sidste ende kunne bruges til at udvikle et bæredygtigt flydende brændstofalternativ til benzin.

Den kulstofneutrale enhed sætter et nyt benchmark inden for solbrændstoffer, efter forskere ved University of Cambridge demonstreret, at det direkte kan producere gassen - kaldet syngas - på en bæredygtig og enkel måde.

I stedet for at køre på fossile brændstoffer, det kunstige blad drives af sollys, selvom det stadig fungerer effektivt på overskyede og overskyede dage. Og i modsætning til de nuværende industrielle processer til fremstilling af syngas, bladet frigiver ikke yderligere kuldioxid i atmosfæren. Resultaterne er rapporteret i journalen Naturmaterialer .

Syngas er i øjeblikket fremstillet af en blanding af hydrogen og kulilte, og bruges til at producere en række varer, såsom brændstoffer, lægemidler, plast og gødning.

"Du har måske ikke hørt om syngas selv, men hver dag, du forbruger produkter, der blev oprettet ved hjælp af det. At kunne producere det bæredygtigt ville være et kritisk skridt i at lukke den globale kulstofcyklus og etablere en bæredygtig kemikalie- og brændstofindustri, "sagde seniorforfatter professor Erwin Reisner fra Cambridge's Department of Chemistry, der har brugt syv år på at arbejde hen imod dette mål.

Enheden Reisner og hans kolleger producerede er inspireret af fotosyntese - den naturlige proces, hvorved planter bruger energien fra sollys til at omdanne kuldioxid til mad.

På det kunstige blad, to lysdæmpere, ligner molekylerne i planter, der høster sollys, kombineres med en katalysator fremstillet af det naturligt rigelige element kobolt.

Når enheden er nedsænket i vand, en lysabsorber bruger katalysatoren til at producere ilt. Den anden udfører den kemiske reaktion, der reducerer kuldioxid og vand til kulilte og hydrogen, danner syngasblandingen.

Som en ekstra bonus, forskerne opdagede, at deres lysdæmpere virker selv under de lave sollysniveauer på en regnfuld eller overskyet dag.

"Det betyder, at du ikke er begrænset til at bruge denne teknologi kun i varme lande, eller kun betjene processen i sommermånederne, "sagde ph.d. -studerende Virgil Andrei, første forfatter til papiret. "Du kunne bruge det fra daggry til skumring, overalt i verden. "

Undersøgelsen blev udført i Christian Doppler Laboratory for Sustainable SynGas Chemistry i University's Department of Chemistry. Det blev medfinansieret af den østrigske regering og det østrigske petrokemiske selskab OMV, som leder efter måder at gøre sin forretning mere bæredygtig.

"OMV har været en ivrig tilhænger af Christian Doppler Laboratory i de sidste syv år. Teamets grundforskning for at producere syngas som grundlag for flydende brændstof på en kulstofneutral måde er banebrydende, "sagde Michael-Dieter Ulbrich, Seniorrådgiver hos OMV.

Andre 'kunstige blad' -anordninger er også blevet udviklet, men disse producerer normalt kun brint. Cambridge -forskerne siger, at grunden til, at de har været i stand til at producere syngas bæredygtigt, er takket være kombinationen af ​​materialer og katalysatorer, de brugte.

Disse omfatter state-of-the-art perovskit lysdæmpere, som giver en høj fotovoltage og elektrisk strøm til at drive den kemiske reaktion, hvorved kuldioxid reduceres til kulilte, i sammenligning med lysdæmpere fremstillet af silicium eller farvestoffølsomme materialer. Forskerne brugte også kobolt som deres molekylære katalysator, i stedet for platin eller sølv. Kobolt er ikke kun billigere, men det er bedre til at producere kulilte end andre katalysatorer.

Teamet ser nu på måder at bruge deres teknologi til at producere et bæredygtigt flydende brændstofalternativ til benzin.

Syngas bruges allerede som byggesten i produktionen af ​​flydende brændstoffer. "Det, vi gerne vil gøre næste gang, i stedet for først at lave syngas og derefter omdanne det til flydende brændstof, er at lave det flydende brændstof i et trin fra kuldioxid og vand, sagde Reisner, som også er stipendiat ved St John's College.

Selvom der er gjort store fremskridt med at producere elektricitet fra vedvarende energikilder som vindkraft og solceller, Reisner siger, at udviklingen af ​​syntetisk benzin er afgørende, da elektricitet i øjeblikket kun kan tilfredsstille omkring 25% af vores samlede globale energibehov. "Der er en stor efterspørgsel efter flydende brændstoffer til at drive tungtransport, skibsfart og luftfart bæredygtigt, " han sagde.

"Vi sigter mod at skabe bæredygtige produkter som ethanol, som let kan bruges som brændstof, "sagde Andrei." Det er udfordrende at producere det i et trin fra sollys ved hjælp af kuldioxidreduktionsreaktionen. Men vi er overbeviste om, at vi går den rigtige vej, og at vi har de rigtige katalysatorer, så vi tror på, at vi vil kunne producere en enhed, der kan demonstrere denne proces i den nærmeste fremtid. "