Den banebrydende kunstige fotosyntese kommer tættere på

Forestil dig, at vi kunne gøre, hvad grønne planter kan:fotosyntese. Så kunne vi få dækket vores enorme energibehov med dybgrøn brint og klimaneutral biodiesel. Forskere har arbejdet på dette i årtier. Kemiker Chengyu Liu modtager sin doktorgrad den 8. juni for endnu et skridt, der bringer kunstig fotosyntese tættere på. Han forventer, at det vil være almindeligt om halvtreds år.

Faktisk kan vi allerede opnå fotosyntese, som grønne planter kan. Solenergi omdanner CO₂ og vand til ilt og kemiske forbindelser, som vi kan bruge som brændstof. Brint for eksempel, men også kulstofforbindelser som dem, der findes i benzin. Men omkostningerne er højere end værdien af ​​det brændstof, det giver. Hvis det ændrer sig, og vi kan opskalere denne kunstige fotosyntese gigantisk, så vil alle vores energiproblemer være løst. Derefter CO₂ emissioner fra energiproduktion bliver negative.

Lovende, men vi er der ikke endnu

Selvom det lyder lovende, er vi der ikke endnu. Chengyu Liu, en af ​​de dedikerede forskere, der arbejder med kunstig fotosyntese:"Nu hvor dette emne er så varmt et emne på verdensplan, tror jeg, at den første rigtige anvendelse af dette vil være en kendsgerning inden for tyve år." Men det er ikke alt, fortsætter han:"Efter introduktionen af ​​en ny teknologi som denne, går der altid årtier, før det bliver almindelig praksis. Det var det samme efter opfindelsen af ​​dampmaskinen i det nittende århundrede. Jeg formoder, at det vil være yderligere tredive til halvtreds år, før det bliver brugt industrielt i stor skala."

Ægte grøn brint

Vi har allerede biler, der kører på brint, med kun vand som udstødningsgas. Men det kræver meget energi at lave den brint. Den "grønne brint", vi producerer i dag, betyder kun, at vi får energien til at producere den fra en vindmølle eller et solpanel, og ikke fra kul, gas eller olie. Med fotosyntese kommer den energi direkte fra solen, uden at et solpanel skal levere strøm først.

Ingen falske træer, men store overflader nødvendige

Hvordan ville vores verden se ud, når kunstig fotosyntese ville være standarden? Ville vi have kunstige træer med kunstige blade overalt for at dække vores energibehov? "Du har faktisk brug for enorme overflader for at fange lyset, CO₂ gas og vand (damp). Det kan for eksempel ske i form af solpaneler på tage. Eller vi kunne placere fotosyntese-kasser i ørkenen, arbejde om dagen og opsamle vanddamp om aftenen. Der skal være meget flere forskellige måder at bruge denne form for opsætning på. Når vi har løst prisproblemet med selve reaktionerne, vil næste trin være optimering af enheder til store applikationer."

Liu forudser det allerede fuldstændigt:"Det ville være fantastisk, hvis vi kunne bruge havvand, for det er ikke knapt. Vi ville så bruge en enhed, der producerer energi meget billigt med gratis sollys, frit havvand og fri CO₂ . Fossil energi ville være alt for dyr i sammenligning."

To komponenter:Vandspaltning og CO₂ reduktion

Kunstig fotosyntese består ligesom den naturlige variant i grønne planter af to dele. Den ene er vand, der spaltes til brint og ilt. Den anden er reduktion af kuldioxid til energirige kulbrinter. Målet er at opnå disse to dele i ét system, der på den ene side reducerer CO₂ indhold af luften, og på den anden side producerer brændstoffer og ilt.

Den ideelle katalysator:effektiv, billig og let tilgængelig

I sin ph.d. forskning fokuserede Liu på den første del af vandspaltning, som producerer brint og ilt. En reaktionsaccelerator eller katalysator kan hjælpe med at gøre reaktionen mere energieffektiv. Liu:"Jeg har blandt andet udviklet strategier til at designe mere effektive katalysatorer. Den ideelle katalysator er ikke kun effektiv, men også billig og let tilgængelig. Det bør for eksempel ikke være et sjældent metal, som du skal have et sted fra med en masse miljøskader."

Et af de bedste øjeblikke

At finde den ideelle katalysator er en af ​​de største udfordringer på forskningsområdet, siger Liu. "Et af de bedste øjeblikke i min forskning var, da jeg fandt en ny strategi til at designe en katalysator til brintproduktion, lige i et pH-neutralt miljø."

Lius forskning gav nye designregler og ideer til, hvordan man opnår effektiv kunstig fotosyntese. "Resultaterne giver grundlæggende forståelse såvel som en praktisk strategi for at finde nye katalysatorer til vandoxidation. Jeg håber at kunne fortsætte min forskning. Til sidst vil jeg gerne være en af ​​de forskere, der opnår et komplet system af kunstig fotosyntese."

Promotor Bonnet ser Liu være der, når forskere gør et komplet system af kunstig fotosyntese realistisk. "Min fornemmelse er, at hvis folk finder en måde at realisere effektiv kunstig fotosyntese på en dag, eller en måde at lave et kunstigt blad på, kunne Chengyu være en af ​​dem. Han har passionen, forståelsen, den fremragende videnskabelige indstilling, og han har modtaget fremragende træning." + Udforsk yderligere

Øget effektivitet i kunstig fotosyntese