Vedvarende brændstof fra kuldioxid ved hjælp af solenergi

Forskere ved Linköpings Universitet, Sverige, forsøger at omdanne kuldioxid, en drivhusgas, til brændstof ved hjælp af energi fra sollys. Nylige resultater har vist, at det er muligt at bruge deres teknik til selektivt at producere metan, kulilte eller myresyre fra kuldioxid og vand. Undersøgelsen er offentliggjort i ACS Nano .

Planter omdanner kuldioxid og vand til oxygen og højenergisukker, som de bruger som "brændstof" til at dyrke. De får deres energi fra sollys. Jianwu Sun og hans kolleger ved Linköpings Universitet forsøger at efterligne denne reaktion, kendt som fotosyntese, bruges af planter til at opfange kuldioxid fra luft og omdanne det til kemiske brændstoffer, såsom metan, ethanol og methanol. Metoden er i øjeblikket på et forskningsstadium, og det langsigtede mål for forskerne er at omdanne solenergi til brændstof effektivt.

"Ved at omdanne kuldioxid til brændstof ved hjælp af solenergi, denne teknik kunne bidrage til udviklingen af ​​kilder til vedvarende energi og reducere klimapåvirkningen af ​​forbrænding af fossile brændstoffer, " siger Jianwu Sun, lektor ved Institut for Fysik, Kemi og biologi ved Linköpings Universitet.

Grafen er et af de tyndeste materialer, der findes, bestående af et enkelt lag af kulstofatomer. Den er elastisk, fleksibel, gennemsigtig for sollys, og en god leder af elektricitet. Denne kombination af egenskaber sikrer, at grafen har potentiale til brug i applikationer som elektronik og biomedicin. Men grafen alene er ikke egnet til den anvendelse af solenergikonvertering, som LiU-forskerne søgte, og de har derfor kombineret grafen med en halvleder, kubisk siliciumcarbid (3C-SiC). Forskere ved Linköpings Universitet har tidligere udviklet en verdensførende metode til at dyrke grafen på kubisk siliciumcarbid, som består af kulstof og silicium. Når siliciumcarbiden opvarmes, silicium fordampes, mens kulstofatomerne forbliver og rekonstrueres i form af et grafenlag. Forskerne har tidligere vist, at det er muligt at lægge op til fire lag grafen oven på hinanden på en kontrolleret måde.

De har kombineret grafen og kubisk siliciumcarbid for at udvikle en grafenbaseret fotoelektrode, der bevarer kubisk siliciumcarbids evne til at fange sollysets energi og skabe ladningsbærere. Grafenen fungerer som et ledende gennemsigtigt lag, mens det beskytter siliciumcarbidet.

Ydeevnen af ​​den grafenbaserede teknik styres af flere faktorer, en vigtig af dem er kvaliteten af ​​grænsefladen mellem grafenen og halvlederen. Forskerne har set på egenskaberne ved denne grænseflade i detaljer. De viser i artiklen, at de kan skræddersy lagene af grafen på siliciumcarbiden og styre egenskaberne af den grafenbaserede fotoelektrode. Omdannelsen af ​​kuldioxid bliver på denne måde effektiviseret, mens komponenternes stabilitet samtidig forbedres.

Fotoelektroden udviklet af forskerne kan kombineres med katoder af forskellige metaller, såsom kobber, zink eller vismut. Forskellige kemiske forbindelser, såsom metan, kulilte og myresyre, kan selektivt dannes ud fra kuldioxid og vand ved at vælge egnede metalkatoder.

"Mest vigtigt, vi har vist, at vi kan bruge solenergi til at kontrollere omdannelsen af ​​kuldioxid til metan, kulilte eller myresyre, " siger Jianwu Sun.

Metan bruges som brændstof i køretøjer, der er tilpasset til at bruge gasformigt brændstof. Kulilte og myresyre kan enten videreforarbejdes, så de kan fungere som brændstoffer, eller de kan bruges i industrien."