Puhdasta polttoainetta auringonvalosta, CO2:sta ja vedestä

Ryhmä Cambridgen yliopiston tutkijoita on kehittänyt itsenäisen laitteen, joka muuntaa auringonvalon, hiilidioksidin ja veden hiilineutraaliksi polttoaineeksi ilman, että vaaditaan lisäkomponentteja tai sähköä.

Tutkijaryhmän kehittämä laite on merkittävä askel kohti keinotekoista fotosynteesiä - prosessia, joka jäljittelee kasvien kykyä muuttaa auringonvaloa energiaksi. Se perustuu uudenlaiseen 'fotoarkkiin' ja muuntaa auringonvalon, hiilidioksidin ja veden hapeksi ja muurahaishapoksi - varastoitavaksi polttoaineeksi, jota voidaan käyttää joko suoraan tai muuntaa vedyksi.

Aurinkoenergian kerääminen hiilidioksidin muuttamiseksi polttoaineeksi on lupaava tapa vähentää hiilidioksidipäästöjä ja siirtymistä pois fossiilisista polttoaineista. On kuitenkin haastavaa valmistaa nämä puhtaat polttoaineet ilman ei-toivottuja sivutuotteita.

"Keinotekoisen fotosynteesin saavuttaminen korkealla selektiivisyydellä on ollut vaikeaa, joten täytyy muuntaa mahdollisimman paljon auringonvaloa halutuksi polttoaineeksi sen sijaan, että tuottaisi paljon jätettä", sanoo tohtori Qian Wang Cambridgen kemian laitokselta.

"Lisäksi kaasumaisten polttoaineiden varastointi ja sivutuotteiden erottaminen voi olla monimutkaista - haluamme päästä pisteeseen, jossa pystymme puhtaasti tuottamaan nestemäistä polttoainetta, jota voidaan myös helposti varastoida ja kuljettaa", sanoo professori Erwin Reisner.

Vuonna 2019 Reisnerin ryhmän tutkijat kehittivät ”keinotekoisen lehden” malliin perustuvan aurinkoreaktorin, joka myös käyttää auringonvaloa, hiilidioksidia ja vettä synteesikaasuna tunnetun polttoaineen tuottamiseen. Uusi tekniikka näyttää ja käyttäytyy melko samalla tavalla kuin keinotekoinen lehti, mutta toimii eri tavalla ja tuottaa muurahaishappoa.

Vaikka keinotekoiset lehdet käyttivät aurinkokennoista peräisin olevia komponentteja, uusi laite ei vaadi näitä komponentteja ja luottaa vain arkkiin upotettuihin fotokatalyytteihin. Arkit koostuvat puolijohdejauheista, joita voidaan valmistaa suurina määrinä helposti ja kustannustehokkaasti.

Lisäksi tämä uusi tekniikka on kestävämpää ja tuottaa puhdasta polttoainetta, jota on helpompi varastoida ja osoittaa potentiaalin tuottaa polttoainetuotteita mittakaavassa. Testiyksikkö on kooltaan 20 neliösenttimetriä, mutta tutkijoiden mukaan sen tulisi olla suhteellisen suoraviivainen mittakaavassa useaan neliömetriin. Lisäksi muurahaishappo voidaan kerätä liuokseen ja muuttaa kemiallisesti erityyppisiksi polttoaineiksi.

Hiilidioksidia muuttava kobolttipohjainen katalyytti on helppo valmistaa ja suhteellisen vakaa. Vaikka tätä tekniikkaa on helpompi skaalata kuin keinotekoisia lehtiä, tehokkuutta on vielä parannettava, ennen kuin kaupallista käyttöönottoa voidaan harkita.

Tutkijat kokeilevat erilaisia katalyyttejä sekä vakauden että tehokkuuden parantamiseksi. Lisäksi he etsivät muita katalyyttejä, joita voitaisiin käyttää laitteessa eri aurinkopolttoaineiden saamiseksi.

"Toivomme tämän tekniikan tasoittavan tietä kohti kestävää ja käytännöllistä aurinkoenergian tuotantoa", Reisner sanoi.

Aiheesta aiemmin:

Keinotekoiset lehdet tuottavat kaasua ja nesteitä

Prosessit kääntäen