Udnyttelse af lys til en soldrevet kemisk industri

Ny teknologi, der udnytter sollys til at drive kemiske reaktioner, baner vejen for en mere bæredygtig kemisk fremstillingsindustri, en af ​​klodens største energiforbrugere.

RMIT-universitetets forskere har udviklet et nano-forbedret materiale, der kan fange utrolige 99% af lyset og konvertere det til kemiske reaktioner.

Ud over at reducere miljøpåvirkningen af ​​kemisk fremstilling, innovationen kunne en dag bruges til at levere teknologier som bedre infrarøde kameraer og soldrevet vandafsaltning.

Udgivet i dag i ACS Applied Energy Materials , forskningen tager fat på udfordringen med at finde alternative energikilder til kemisk fremstilling, som tegner sig for omkring 10% af det globale energiforbrug og 7% af industrielle drivhusgasemissioner.

I USA, kemisk fremstilling bruger mere energi end nogen anden industri, tegnede sig for 28% af industrielt energiforbrug i 2017.

Mens fotokatalyse - brugen af ​​lys til at drive kemiske reaktioner - vokser i industrien, effektivitet og omkostninger er fortsat betydelige hindringer for en større udbredelse.

Lederundersøger lektor Daniel Gomez sagde, at den nye teknologi maksimerede lysabsorption for effektivt at konvertere lysenergi til kemisk energi.

"Kemisk fremstilling er en energisulten industri, fordi traditionelle katalytiske processer kræver intensiv opvarmning og tryk for at drive reaktioner, "Gomez, en ARC Future Fellow i RMIT's School of Science, sagde.

"Men en af ​​de store udfordringer ved at flytte til en mere bæredygtig fremtid er, at mange af de materialer, der er bedst til at udløse kemiske reaktioner, ikke er lydhøre nok til lys."

"Den fotokatalysator, vi har udviklet, kan fange 99% af lyset over hele spektret, og 100% af specifikke farver.

"Det er en skalerbar og effektiv teknologi, der åbner nye muligheder for brug af solenergi - at gå fra elproduktion til direkte konvertering af solenergi til værdifulde kemikalier."

Nano-tech til solenergi

Forskningen fokuserede på palladium, et element, der er glimrende til at producere kemiske reaktioner, men som regel ikke er meget lysfølsom.

Ved at manipulere de optiske egenskaber af palladium nanopartikler, forskerne var i stand til at gøre materialet mere følsomt over for lys.

Selvom palladium er sjældent og dyrt, teknikken kræver kun en lille mængde-4 nanometer nano-forbedret palladium er nok til at absorbere 99% af lyset og opnå en kemisk reaktion. Et gennemsnitligt menneskehår, til sammenligning, er 100, 000 nanometer tyk.

Ud over kemisk fremstilling, innovationen kunne videreudvikles til en række andre potentielle applikationer, herunder bedre nattesynsteknologi ved at producere mere lysfølsomme og klarere billeder.

En anden potentiel anvendelse er til afsaltning. Det nano-forstærkede materiale kan sættes i saltvand og derefter udsættes for sollys, producerer nok energi til at koge og fordampe vandet, adskiller det fra saltet.

Gomez, der leder Polaritonics Lab hos RMIT, sagde, at den nye teknologi betydeligt kunne øge udbyttet i den nye fotokatalysesektor, med førende virksomheder, der i øjeblikket producerer omkring 30 kg produkt hver dag ved hjælp af lys som drivkraft.

"Vi er alle afhængige af produkter fra den kemiske fremstillingsindustri - fra plast og medicin, til gødning og de materialer, der producerer farverne på digitale skærme, " han sagde.

"Men ligesom resten af ​​vores økonomi, det er en industri, der i øjeblikket er drevet af kulstof.

"Vores ultimative mål er at bruge denne teknologi til effektivt at udnytte sollys og omdanne solenergi til kemikalier, med det formål at omdanne denne vitale industri til en, der er vedvarende og bæredygtig. "