Lyser vejen til genbrug af kuldioxid

Halvledende fotokatalysatorer, der effektivt absorberer solenergi, kan reducere den energi, der kræves for at drive en bioelektrokemisk proces, der omdanner CO ₂ emissioner til værdifulde kemikalier, KAUST -forskere har vist.

Genbrug af CO ₂ samtidig kunne reducere kulstofemissioner til atmosfæren, samtidig med at der genereres nyttige kemikalier og brændstoffer, forklarer Bin Bian, en ph.d. studerende i Pascal Saikalys laboratorium, der ledede forskningen. "Mikrobiel elektrosyntese (MES), kombineret med en vedvarende energiforsyning, kunne være en sådan teknologi, "Siger Bian.

MES udnytter nogle mikroberes kapacitet til at optage CO ₂ og omdanne det til kemikalier, såsom acetat. I naturen, kemolithoautotrofe mikrober metaboliserer mineraler som energikilde i en proces, der involverer shuttling af elektroner. Denne evne kan udnyttes til at vende CO ₂ til værditilvækstprodukter, hvis mikroberne forsynes med en strøm af elektroner og protoner fra anodisk vand, der deler sig i en elektrokemisk celle (se billede).

I deres seneste arbejde, frem for at fokusere på CO ₂ -til-acetat trin, teamet arbejdede på at reducere energitilførslen til molekylær ilt (O2) produktion ved anoden, en reaktion, der holder den samlede celle i balance. "I MES -systemer, den proces, der forbruger mest energi, menes at være oxygenudviklingsreaktionen (OER), "Forklarer Bian. Forskere har brugt lysfangende anodematerialer, såsom titandioxid, der udnytter energi fra sollys for at hjælpe med at drive OER. I deres nuværende arbejde, teamet undersøgte et lovende alternativ til fotoanoden, det let høstede materiale, vismut vanadat.

Bismuthvanadat absorberede energi fra et meget bredere område af solspektret end titandioxid, gør hele MES -cellen mere effektiv, viste teamet. "Vi opnåede sol-til-acetat-konverteringseffektivitet på 1,65 procent, hvilket er det højeste rapporterede hidtil, "Saikaly siger." Denne effektivitet er omkring otte gange højere end 0,2 procent effektiviteten af ​​global naturlig fotosyntese, som er naturens soldrevne proces til omdannelse af CO ₂ i energirige molekyler, "Noterer Bian.

Hidtil har teamet holdt mikrobiokatalysatorerne forsynet med en jævn strøm af elektroner og CO ₂ for at opretholde deres vækst. "Det næste trin for os er at teste vores system under ægte sollys og overvåge biokatalysatorernes modstandsdygtighed under en periodisk vedvarende energikilde, "Siger Saikaly.