Kupariset kukat kukkivat keinolehdillä

Cambridgen ja Kalifornia Berkeley yliopistojen tutkijat kehittivät käytännöllisen tavan valmistaa hiilivetyjä – hiilestä ja vedystä koostuvia molekyylejä – pelkästään auringon antamin voimin.

Heidän kehittämänsä laite yhdistää valoa absorboivan "lehden", joka on valmistettu korkeatehoisesta aurinkokennomateriaalista, perovskiitista, kuparin nanokukkakatalyytin kanssa hiilidioksidin muuntamiseksi hyödyllisiksi molekyyleiksi.

Toisin kuin useimmat metallikatalyytit, jotka voivat muuntaa CO2:n vain yksihiilimolekyyleiksi, kuparikukat mahdollistavat monimutkaisempien hiilivetyjen muodostumisen kahdella hiiliatomilla, kuten etaanin ja eteenin, jotka ovat nestemäisten polttoaineiden, kemikaalien ja muovien keskeisiä rakenneosia.

Lähes kaikki hiilivedyt ovat tällä hetkellä peräisin fossiilisista polttoaineista, mutta Cambridge-Berkeley-tiimin kehittämä menetelmä tuottaa puhtaita kemikaaleja ja polttoaineita, jotka on valmistettu CO2:sta, vedestä ja glyserolista – yleisestä orgaanisesta yhdisteestä – ilman ylimääräisiä hiilidioksidipäästöjä.

Tutkimus perustuu ryhmän aiempaan työhön keinotekoisten lehtien parissa, jotka saavat inspiraationsa fotosynteesistä: prosessista, jolla kasvit muuttavat auringonvalon ruoaksi. "Halusimme mennä pidemmälle kuin perushiilidioksidin vähentäminen ja tuottaa monimutkaisempia hiilivetyjä, mutta se vaatii huomattavasti enemmän energiaa", sanoi Cambridgen Virgil Andrei.

Yhdistämällä perovskiittisen valon absorboijan kupari-nanokukkakatalyyttiin, tiimi pystyi tuottamaan monimutkaisempia hiilivetyjä. Tehokkuuden parantamiseksi ja veden jakamisen energiarajojen ylittämiseksi tiimi lisäsi piinanolankojen elektrodeja, jotka voivat hapettaa glyserolia. Tämä uusi alusta tuottaa hiilivetyjä paljon tehokkaammin – 200 kertaa paremmin kuin aiemmat veden ja hiilidioksidin jakojärjestelmät.

Reaktio ei vain lisää CO2:n pelkistyskykyä, vaan tuottaa myös arvokkaita kemikaaleja, kuten glyseraattia, laktaattia ja formiaattia, joita voidaan käyttää lääkkeissä, kosmetiikassa ja kemiallisessa synteesissä.

Vaikka nykyinen CO2 hiilivedyksi selektiivisyys pysyy noin 10 %:ssa, tutkijat suhtautuvat optimistisesti katalyytin suunnittelun parantamiseen tehokkuuden lisäämiseksi. Tiimi suunnittelee soveltavansa alustaansa vieläkin monimutkaisempiin orgaanisiin reaktioihin, mikä avaa ovia kestävän kemian tuotannon innovaatioille. Jatkuvilla parannuksilla tämä tutkimus voisi nopeuttaa siirtymistä hiilineutraaliin kiertotalouteen.

Aiheesta aiemmin:

Keinotekoinen fotokatalyysi orgaanisella puolijohteella

Fotosynteesi puhtaan energian tuotantoon

Sähköbiodieseliä ja vetyä auringonvalolla