Flytning af kunstige blade ud af laboratoriet og ud i luften

Kunstige blade efterligner fotosyntese - den proces, hvorved planter bruger vand og kuldioxid fra luften til at producere kulhydrater ved hjælp af energi fra solen. Men selv avancerede kunstige blade, som lover at reducere kuldioxid fra atmosfæren, arbejder kun i laboratoriet, fordi de bruger ren, tryksat kuldioxid fra tanke.

Men nu, forskere fra University of Illinois i Chicago har foreslået en designløsning, der kan bringe kunstige blade ud af laboratoriet og ud i miljøet. Deres forbedrede blade, som ville bruge kuldioxid - en potent drivhusgas - fra luften, ville være mindst 10 gange mere effektiv end naturlige blade til at omdanne kuldioxid til brændstof. Deres resultater er rapporteret i tidsskriftet ACS Sustainable Chemistry &Engineering .

"Indtil nu, alle designs til kunstige blade, der er blevet testet i laboratoriet, bruger kuldioxid fra trykbeholdere. For at implementere succesfuldt i den virkelige verden, disse enheder skal være i stand til at trække kuldioxid fra meget mere fortyndede kilder, såsom luft og røggas, som er den gas, der afgives fra kulfyrede kraftværker, " sagde Meeesh Singh, assisterende professor i kemiteknik ved UIC College of Engineering og tilsvarende forfatter på papiret.

At afhænge den tryksatte kuldioxidforsyning fra disse blade betyder, at de skal have en måde at opsamle og koncentrere kuldioxid fra luften for at drive deres kunstige fotosyntetiske reaktioner.

Singh og hans kollega Aditya Prajapati, en kandidatstuderende i sit laboratorium, foreslået at løse dette problem ved at indkapsle et traditionelt kunstigt blad inde i en gennemsigtig kapsel lavet af en semipermeabel membran af kvaternær ammoniumharpiks og fyldt med vand. Membranen tillader vand indefra at fordampe ud, når det opvarmes af sollys. Når vandet passerer ud gennem membranen, det trækker selektivt kuldioxid fra luften. Den kunstige fotosyntetiske enhed inde i kapslen består af en lysabsorber belagt med katalysatorer, der omdanner kuldioxiden til kulilte, som kan suges af og bruges som grundlag for fremstilling af forskellige syntetiske brændstoffer. Ilt produceres også og kan enten opsamles eller frigives til det omgivende miljø.

"Ved at omslutte traditionel kunstig bladteknologi inde i denne specialiserede membran, hele enheden er i stand til at fungere udenfor, som et naturligt blad, " sagde Singh.

Ifølge deres beregninger, 360 blade, hver 1,7 meter lang og 0,2 meter bred, ville producere tæt på et halvt ton kulilte om dagen, der kunne bruges som grundlag for syntetiske brændstoffer. Tre hundrede og tres af disse kunstige blade, der dækker et 500 kvadratmeter stort område, ville være i stand til at reducere kuldioxidniveauet med 10 procent i den omgivende luft inden for 100 meter fra arrayet på én dag.

"Vores konceptuelle design bruger let tilgængelige materialer og teknologi, at når det kombineres, kan det producere et kunstigt blad, der er klar til at blive installeret uden for laboratoriet, hvor det kan spille en væsentlig rolle i at reducere drivhusgasser i atmosfæren, " sagde Singh.