Kunstig fotosyntese omdanner kuldioxid til flydende brændstoffer

Kemikere ved University of Illinois har med succes produceret brændstoffer ved hjælp af vand, kuldioxid og synligt lys gennem kunstig fotosyntese. Ved at omdanne kuldioxid til mere komplekse molekyler som propan, grøn energiteknologi er nu et skridt tættere på at bruge overskydende CO ₂ at lagre solenergi – i form af kemiske bindinger – til brug når solen ikke skinner og i tider med spidsbelastning.

Planter bruger sollys til at drive kemiske reaktioner mellem vand og CO ₂ at skabe og lagre solenergi i form af energitæt glukose. I den nye undersøgelse, forskerne udviklede en kunstig proces, der bruger den samme grønne lys del af det synlige lys spektrum, der bruges af planter under naturlig fotosyntese til at omdanne CO ₂ og vand til brændstof, i forbindelse med elektronrige guldnanopartikler, der tjener som katalysator. De nye fund er offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

"Målet her er at producere komplekse, flydende kulbrinter fra overskydende CO ₂ og andre bæredygtige ressourcer såsom sollys, " sagde Prashant Jain, en kemiprofessor og medforfatter til undersøgelsen. "Flydende brændstoffer er ideelle, fordi de er lettere, sikrere og mere økonomisk at transportere end gas og, fordi de er lavet af langkædede molekyler, indeholder flere bindinger - hvilket betyder, at de pakker energi tættere."

I Jains laboratorium, Sungju Yu, en postdoktor og første forfatter af undersøgelsen, bruger metalkatalysatorer til at absorbere grønt lys og overføre elektroner og protoner, der er nødvendige for kemiske reaktioner mellem CO ₂ og vand - udfylder pigmentets klorofyls rolle i naturlig fotosyntese.

Guld nanopartikler fungerer særligt godt som katalysator, Jain sagde, fordi deres overflader interagerer positivt med CO ₂ molekyler, er effektive til at absorbere lys og nedbrydes ikke eller nedbrydes som andre metaller, der let kan plette.

Der er flere måder, hvorpå den energi, der er lagret i bindinger af kulbrintebrændstoffet, frigøres. Imidlertid, den nemme konventionelle forbrændingsmetode ender med at producere mere CO ₂ – hvilket er kontraproduktivt i forhold til ideen om at høste og lagre solenergi i første omgang, sagde Jain.

"Der er andre, mere ukonventionelle potentielle anvendelser fra de kulbrinter, der skabes fra denne proces, " sagde han. "De kunne bruges til at drive brændselsceller til at producere elektrisk strøm og spænding. Der er laboratorier over hele verden, der forsøger at finde ud af, hvordan kulbrinte-til-elektricitet-konverteringen kan udføres effektivt, "Sagde Jain.

Lige så spændende som udviklingen af ​​denne CO ₂ -til-flydende brændstof kan være til grøn energiteknologi, forskerne anerkender, at Jains kunstige fotosynteseproces ikke er nær så effektiv, som den er i planter.

"Vi skal lære at justere katalysatoren for at øge effektiviteten af ​​de kemiske reaktioner, " sagde han. "Så kan vi begynde det hårde arbejde med at bestemme, hvordan vi skal gå videre med at opskalere processen. Og, som enhver ukonventionel energiteknologi, der vil være mange spørgsmål om økonomisk gennemførlighed, der skal besvares, såvel."