En kemiprofessor i Florida har precis hittat ett sätt att utlösa fotosyntesprocessen i ett syntetiskt material, omvandla växthusgaser till ren luft och producera energi på samma gång.

Processen har stor potential för att skapa en teknik som avsevärt kan minska växthusgaser kopplade till klimatförändringar, samtidigt som man skapar ett rent sätt att producera energi.

"Detta arbete är ett genombrott, ", sa UCF biträdande professor Fernando Uribe-Romo. "Att skräddarsy material som absorberar en specifik ljusfärg är mycket svårt ur vetenskaplig synvinkel, men ur samhällssynpunkt bidrar vi till utvecklingen av en teknik som kan bidra till att minska växthusgaserna."

Resultaten av hans forskning publiceras i Journal of Materials Chemistry A .

Uribe-Romo och hans team av studenter skapade ett sätt att utlösa en kemisk reaktion i ett syntetiskt material som kallas metall-organiska ramverk (MOF) som bryter ner koldioxid till ofarliga organiska material. Se det som en artificiell fotosyntesprocess som liknar hur växter omvandlar koldioxid (CO2) och solljus till mat. Men istället för att producera mat, Uribe-Romos metod producerar solbränsle.

Det är något som forskare runt om i världen har strävat efter i flera år, men utmaningen är att hitta ett sätt för synligt ljus att utlösa den kemiska omvandlingen. Ultravioletta strålar har tillräckligt med energi för att tillåta reaktionen i vanliga material som titandioxid, men UV-strålar utgör bara cirka 4 procent av det ljus som jorden får från solen. Det synliga området – de violetta till röda våglängderna – representerar majoriteten av solens strålar, men det finns få material som tar upp dessa ljusa färger för att skapa den kemiska reaktion som omvandlar CO2 till bränsle.

Forskare har provat det med en mängd olika material, men de som kan absorbera synligt ljus tenderar att vara sällsynta och dyra material som platina, rhenium och iridium som gör processen oöverkomlig.

Uribe-Romo använde titan, en vanlig ogiftig metall, och lagt till organiska molekyler som fungerar som ljusskördande antenner för att se om den konfigurationen skulle fungera. De ljusskördande antennmolekylerna, kallas N-alkyl-2-aminotereftalater, kan utformas för att absorbera specifika ljusfärger när de ingår i MOF. I det här fallet synkroniserade han det för färgen blå.

Hans team satte ihop en blå LED-fotoreaktor för att testa hypotesen. Uppmätta mängder koldioxid matades långsamt in i fotoreaktorn – en glödande blå cylinder som ser ut som en solarie – för att se om reaktionen skulle inträffa. Det glödande blå ljuset kom från remsor av LED-ljus inuti cylinderns kammare och efterliknar solens blå våglängd.

Det fungerade och den kemiska reaktionen omvandlade CO2 till två reducerade former av kol, formiat och formamider (två sorters solbränsle) och i processen rena luften.

"Målet är att fortsätta att finjustera tillvägagångssättet så att vi kan skapa större mängder minskat kol så att det blir mer effektivt, " sa Uribe-Romo.

Han vill se om de andra våglängderna av synligt ljus också kan utlösa reaktionen med justeringar av det syntetiska materialet. Om det fungerar, processen kan vara ett viktigt sätt att bidra till att minska växthusgaserna.

"Tanken skulle vara att sätta upp stationer som fångar upp stora mängder CO2, som bredvid ett kraftverk. Gasen skulle sugas in i stationen, gå igenom processen och återvinna växthusgaserna samtidigt som du producerar energi som skulle sättas tillbaka till kraftverket."

Kanske kan husägare en dag köpa takshingel gjorda av materialet, som skulle rena luften i deras grannskap samtidigt som de producerar energi som kan användas för att driva deras hem.

"Det skulle kräva ny teknik och infrastruktur för att hända, " sa Uribe-Romo. "Men det kan vara möjligt."