Synteesikaasua ja akkuvarausta auringonvalosta

Kasvit käyttävät fotosynteesiä kerätäkseen energiaa auringonvalosta. Nyt Münchenin teknillisen yliopiston (TUM) tutkijat ovat soveltaneet tätä periaatetta kehittäessään uusia kestäviä prosesseja, jotka voivat tulevaisuudessa tuottaa synteettistä kaasua (syngas) laajamittaiseen kemianteollisuuteen sekä pystyäkseen lataamaan akkuja.

"Syngas valmistetaan tällä hetkellä lähes yksinomaan fossiilisista raaka-aineista", sanoo professori Roland Fischer epäorgaanisen ja organometallisen kemian laitokselta.

Keltainen jauhe, jonka Fischerin johtama tutkimusryhmä on kehittänyt, muuttaa pelin. Tutkijoiden kehittämä nanomateriaali jäljittelee fotosynteesiin osallistuvien entsyymien ominaisuuksia. Heidän kehittämä "Nanotsyymi" tuottaa synteesikaasua käyttämällä hiilidioksidia, vettä ja valoa samalla tavalla kuin luonto.

Tohtori Philip Stanley selittää: "Molekyyli ottaa energia-antennin tehtävän, joka on analoginen klorofyllimolekyylille kasveissa. Valo vastaanotetaan ja elektronit siirretään reaktiokeskukseen."

Tutkijoiden järjestelmän innovatiivinen puoli on, että nyt on kaksi reaktiokeskusta, jotka on kytketty antenniin. Yksi niistä muuttaa hiilidioksidin hiilimonoksidiksi, kun taas toinen reaktiokeskus muuttaa veden vedyksi. Suurin suunnitteluhaaste oli järjestää antenni, elektronien välitysmekanismi ja kaksi katalyyttiä siten, että valosta saadaan mahdollisimman suuri tuotto.

Tutkijatiimi saavutti ennätysmäisen 36 prosenttisen energiantuoton valosta. Tutkijoiden mukaan tämä tulos herättää toiveita siitä, että tekninen toteutus voisi tehdä teollisista kemiallisista prosesseista kestävämpiä.

Valoakku varausten tallentamiseen

Erillisessä hankkeessa tutkijat työstävät toista materiaalia, joka myös käyttää auringon valoenergiaa – mutta tässä tapauksessa varastoi sen sähköenergiaksi. "Yksi mahdollinen tulevaisuuden sovellus voisi olla akut, jotka latautuvat auringonvalolla", Fischer sanoo.

Tutkijat käyttivät nanotsyymin komponenttien kaltaisia osia kehittäessään näitä valoakkuja. Myös tässä materiaali itse absorboi fotoneja tulevasta valosta. Mutta se ei toimisi kemiallisen reaktion katalysaattorina. Energian vastaanotin on niin tiukasti integroitunut rakenteeseen, että se pysyy tässä tilassa, mikä mahdollistaa elektronien varastoinnin pidemmän ajan kuluessa.

Työssään tutkijat osoittivat, että reniumin koordinaatiokompleksin tietty rajaus metalli-orgaaniseen runkoon (MOF) avaa ainutlaatuisen elektroneja keräävän ominaisuuden näkyvän valon alla. He uskovat että aurinkoenergian MOF-pohjainen varastointi reagoimattomina radikaaleina avaa lukuisia väyliä uusille energiahuokoisille materiaaleille kohti aurinkoakku-/kondensaattorilaitteita.

Aiheesta aiemmin:

Biologian avulla sähkö varastoon ja hiili kiertoon