Grøn metan fra kunstig fotosyntese kunne genbruge CO2

En ny kunstig fotosyntesemetode bruger sollys til at omdanne kuldioxid til metan, hvilket kunne hjælpe med at gøre naturgasdrevne enheder kulstofneutrale.

Metan er hovedkomponenten i naturgas. Fotosyntese er den proces, hvorigennem grønne planter bruger sollys til at lave mad til sig selv af kuldioxid og vand, frigivelse af ilt som et biprodukt. Kunstig fotosyntese har ofte til formål at producere kulbrintebrændstoffer, ligner naturgas eller benzin, fra de samme udgangsmaterialer.

Metan-frembringelsesmetoden er muliggjort af en ny katalysator udviklet gennem et samarbejde mellem University of Michigan, McGill University og McMaster University. Et papir om resultaterne er offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences .

Den soldrevne katalysator er fremstillet af rigelige materialer og fungerer i en konfiguration, der kan masseproduceres. Forskerne tror, ​​at det kan være at genbruge røgstald kuldioxid til rent brændende brændstof inden for 5-10 år.

"30 procent af energien i USA kommer fra naturgas, "sagde Zetian Mi, U-professor i elektroteknik og datalogi, der ledede arbejdet sammen med Jun Song, professor i materialeteknik ved McGill University. "Hvis vi kan generere grøn metan, det er en stor ting. "

Det vigtigste fremskridt er, at teamet har udnyttet relativt store elektriske strømme med en enhed, der burde være mulig at masseproducere. Det er også særligt godt til at kanalisere den elektricitet mod dannelse af metan, med halvdelen af ​​de tilgængelige elektroner, der går mod metanproducerende reaktioner frem for mod biprodukter som hydrogen eller kulilte.

"Tidligere kunstige fotosyntesenheder fungerer ofte ved en lille brøkdel af den maksimale strømtæthed af en siliciumenhed, der henviser til, at vi her arbejder på 80 eller 90 procent af det teoretiske maksimum ved hjælp af brancheklare materialer og jordrige katalysatorer, "sagde Baowen Zhou, en postdoktor i Mis gruppe, der arbejder på dette projekt.

At omdanne kuldioxid til metan er en meget vanskelig proces. Kulstoffet skal høstes fra CO ₂ , hvilket kræver meget energi, fordi kuldioxid er et af de mest stabile molekyler. Ligeledes, H2O skal nedbrydes for at fastgøre brintet til kulstoffet. Hvert kulstof har brug for fire brintatomer for at blive til metan, sørger for en kompliceret otte-elektronedans (hver carbon-hydrogenbinding har to elektroner i den, og der er fire bindinger).

Katalysatorens design er afgørende for reaktionens succes.

"Spørgsmålet på en million dollar er, hvordan man hurtigt navigerer gennem det enorme materialerum for at identificere den optimale opskrift, "Sagde sangen.

Hans teams teoretiske og beregningsmæssige arbejde identificerede den vigtigste katalysatorkomponent:nanopartikler af kobber og jern. Kobber og jern holder på molekyler ved deres kulstof- og iltatomer, købe tid til brint for at gøre springet fra vandmolekylfragmenterne ind på carbonatomet.

Enheden er en slags solpanel besat med nanopartikler af kobber og jern. Den kan bruge solens energi eller en elektrisk strøm til at nedbryde kuldioxid og vand.

Grundlaget er en siliciumskive, ikke ulig dem, der allerede findes i solpaneler. Den skive er toppet med nanotråde, hver 300 nanometer (0,0003 millimeter) høj og omkring 30 nanometer bred, fremstillet af halvleder galliumnitrid.

Arrangementet skaber et stort overfladeareal, over hvilket reaktionerne kan forekomme. De nanopartikel-flettede nanotråde er dækket med en tynd film af vand.

Enheden kan designes til at køre under solenergi alene, eller metanproduktionen kan forstærkes med et supplement af elektricitet. Alternativt kan kører på elektricitet, enheden kan muligvis fungere i mørket.

I praksis, det kunstige fotosyntesepanel skulle være forbundet med en kilde til koncentreret kuldioxid - f.eks. kuldioxid fanget fra industrielle røgstokke. Enheden kan også konfigureres til at producere syntetisk naturgas (syngas) eller myresyre, et almindeligt konserveringsmiddel i dyrefoder.