Under grönt ljus och assisterad av en jonisk vätska, guld nanopartiklar, botten, låna ut elektroner för att omvandla CO2-molekyler, de röda och grå sfärerna i mitten, till mer komplexa kolvätebränslemolekyler. Kredit:Grafisk artighet Sungju Yu, Jain Lab vid University of Illinois i Urbana-Champaign
Kemister vid University of Illinois har framgångsrikt producerat bränslen med vatten, koldioxid och synligt ljus genom artificiell fotosyntes. Genom att omvandla koldioxid till mer komplexa molekyler som propan, grön energiteknik är nu ett steg närmare att använda överskott av koldioxid 2 att lagra solenergi – i form av kemiska bindningar – för användning när solen inte skiner och i tider med hög efterfrågan.
Växter använder solljus för att driva kemiska reaktioner mellan vatten och CO 2 att skapa och lagra solenergi i form av energität glukos. I den nya studien, forskarna utvecklade en artificiell process som använder samma gröna ljusdel av det synliga ljusspektrum som används av växter under naturlig fotosyntes för att omvandla CO 2 och vatten till bränsle, i samband med elektronrika guldnanopartiklar som fungerar som katalysator. De nya rönen publiceras i tidskriften Naturkommunikation .
"Målet här är att producera komplexa, flytande kolväten från överskott av CO 2 och andra hållbara resurser som solljus, sa Prashant Jain, en kemiprofessor och medförfattare till studien. "Flytande bränslen är idealiska eftersom de är enklare, säkrare och mer ekonomisk att transportera än gas och, eftersom de är gjorda av långkedjiga molekyler, innehåller fler bindningar – vilket betyder att de packar energi tätare."
I Jains labb, Sungju Yu, en postdoktor och första författare till studien, använder metallkatalysatorer för att absorbera grönt ljus och överföra elektroner och protoner som behövs för kemiska reaktioner mellan CO 2 och vatten – fyller rollen av pigmentet klorofyll i naturlig fotosyntes.
Jain, vänster, och Yu utför artificiella fotosyntesexperiment med hjälp av grönt ljus. Kredit:Fred Zwicky
Guldnanopartiklar fungerar särskilt bra som katalysator, Jain sa, eftersom deras ytor interagerar positivt med CO 2 molekyler, är effektiva på att absorbera ljus och bryts inte ner eller bryts ner som andra metaller som lätt kan bli smutsiga.
Det finns flera sätt på vilka energin som lagras i bindningar av kolvätebränslet frigörs. Dock, den enkla konventionella förbränningsmetoden slutar med att producera mer CO 2 —vilket är kontraproduktivt mot idén om att skörda och lagra solenergi i första hand, sa Jain.
Kemiprofessor Prashant Jain, vänster, och postdoktorn Sungju Yu har utvecklat en artificiell fotosyntesprocess som omvandlar överskott av CO2 till värdefulla bränslen, för grön teknik ett steg närmare storskalig solenergilagring. Kredit:Fred Zwicky
"Det finns andra, mer okonventionella potentiella användningar från kolväten som skapas från denna process, " sade han. "De kan användas för att driva bränsleceller för att producera elektrisk ström och spänning. Det finns laboratorier över hela världen som försöker ta reda på hur kolväte-till-el-omvandlingen kan utföras effektivt, " sa Jain.
Lika spännande som utvecklingen av denna CO 2 -till flytande bränsle kan vara för grön energiteknik, forskarna erkänner att Jains artificiella fotosyntesprocess inte är i närheten av så effektiv som den är i växter.
"Vi måste lära oss hur man ställer in katalysatorn för att öka effektiviteten av de kemiska reaktionerna, ", sa han. "Då kan vi börja det hårda arbetet med att bestämma hur vi ska gå tillväga för att skala upp processen. Och, som all okonventionell energiteknik, det kommer att finnas många frågor om ekonomisk genomförbarhet att besvara, också."
