Βιώσιμη ανάπτυξη: Ερευνητές δημιούργησαν νέο «τεχνητό φύλλο» που παράγει καθαρό αέριο με επιτυχία με χρήση ηλιακού φωτός

Ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο αέριο που τώρα παράγεται από ορυκτά καύσιμα μπορεί αντί αυτών να παραχθεί από ένα «τεχνητό φύλλο» που χρησιμοποιεί μόνο ηλιακό φως, διοξείδιο του άνθρακα και νερό και που θα μπορούσε τελικά να χρησιμοποιηθεί για να αναπτυχθεί ένα βιώσιμο υγρό καύσιμο εναλλακτικό του πετρελαίου.

Η ουδέτερη άνθρακα συσκευή θέτει ένα νέο ορόσημο στο πεδίο των ηλιακών καυσίμων, μετά την επίδειξη από τους ερευνητές του Πανεπιστημίου του Cambridge ότι μπορεί άμεσα να παράγει το αέριο – που αποκαλείται syngas [synthesis gas] (συνγκάζ) – με ένα βιώσιμο και απλό τρόπο. Αντί να λειτουργεί με ορυκτά καύσιμα, το τεχνητό φύλλο τροφοδοτείται από ηλιακό φως, αν και λειτουργεί αποτελεσματικά ακόμη σε συννεφιά και συννεφιασμένες ημέρες. Και αντίθετα με την τρέχουσες βιομηχανικές διεργασίες για την παραγωγή syngas, το «φύλλο» δεν απελευθερώνει καθόλου διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Τα αποτελέσματα αναφέρονται στο περιοδικό Nature Materials.

Το syngas αυτή την στιγμή γίνεται από μίγμα υδρογόνου και μονοξειδίου του άνθρακα και χρησιμοποιείται για την παραγωγή μιας γκάμας προϊόντων, όπως καύσιμα, φαρμακευτικά, πλαστικά και λιπάσματα. «Ίσως να μην έχετε ακούσει για το ίδιο το συνγκάζ, αλλά κάθε μέρα καταναλώνετε προϊόντα που δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας το. Η δυνατότητα να το παράγετε βιώσιμα θα ήταν ένα κρίσιμο βήμα για να κλείσει ο παγκόσμιος κύκλος του άνθρακα και να ιδρυθεί μια βιώσιμη βιομηχανία χημικών και καυσίμων», ανέφερε ο κύριος συγγραφέας της μελέτης Καθηγητής Erwin Reisner από το Τμήμα Χημείας του Cambridge, ο οποίος πέρασε επτά χρόνια εργαζόμενος προς αυτόν το στόχο.

Η συσκευή που ο Reisner και οι συνεργάτες του παρήγαγαν είναι εμπνευσμένη από τη φωτοσύνθεση – τη φυσική διαδικασία με την οποία τα φυτά χρησιμοποιούν την ενέργεια από το ηλιακό φως για να μετατρέψουν διοξείδιο του άνθρακα σε τροφή. Στο τεχνητό φύλλο, δυο φωτοσυλλέκτες, παρόμοιοι με τα μόρια στα φυτά που συλλέγουν ηλιακό φως, συνδυάζονται με έναν καταλύτη που κατασκευάζεται από το φυσικά άφθονο στοιχείο κοβάλτιο. Όταν η συσκευή είναι βυθισμένη στο νερό, ο ένας φωτοσυλλέκτης χρησιμοποιεί τον καταλύτη για να παράγει οξυγόνο. Ο άλλος πραγματοποιεί τη χημική αντίδραση που μειώνει το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό, σε μονοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο, σχηματίζοντας το μίγμα του συνγκάζ.

Ως ένα επιπρόσθετο κέρδος, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι οι φωτοσυλλέκτες τους λειτουργούν ακόμη και σε χαμηλά επίπεδα φωτός σε μια βροχερή ή συννεφιασμένη ημέρα. «Αυτό σημαίνει ότι δεν περιορίζεστε να χρησιμοποιείτε την τεχνολογία αυτή μόνο σε θερμές χώρες ή μόνον λειτουργώντας η διεργασία κατά τη διάρκεια των καλοκαιρινών μηνών», είπε ο φοιτητής PhD, Virgil Andrei, πρώτος συγγραφέας της μελέτης. «Θα μπορούσες να τη χρησιμοποιήσεις από το χάραμα μέχρι το σούρουπο, οπουδήποτε στον κόσμο».

Άλλες συσκευές «τεχνητού φύλλου» έχουν επίσης αναπτυχθεί, όμως αυτές συνήθως παράγουν υδρογόνο. Οι ερευνητές του Cambridge λένε ότι ο λόγος που μπόρεσαν να κάνουν τη δικιά τους να παράγει βιώσιμο συνγκάζ είναι χάρις στο συνδυασμό των υλικών και του καταλύτη που χρησιμοποίησαν. Αυτά περιλαμβάνουν φωτοσυλλέκτες από υπερσύχρονο περοβσκίτη, που παρέχουν υψηλό φωτοδυναμικό και ηλεκτρικό ρεύμα για να τροφοδοτήσουν τη χημική αντίδραση με την οποία το διοξείδιο του άνθρακα μειώνεται σε μονοξείδιο του άνθρακα, σε συνδυασμό με τους φωτοσυλλέκτες που γίνονται από πυρίτιο ή ευαισθητοποιημένα με χρώμα υλικά. Οι ερευνητές επίσης χρησιμοποίησαν κοβάλτιο ως μοριακό καταλύτη τους, αντί του λευκόχρυσου (πλατίνας) ή του αργύρου. Το κοβάλτιο δεν είναι μόνο χαμηλού κόστους υλικό, αλλά είναι καλύτερο στην παραγωγή μονοξειδίου του άνθρακα από ότι άλλοι καταλύτες.

Η ομάδα τώρα αναζητά τρόπους να χρησιμοποιήσει την τεχνολογία της για να παραγάγει βιώσιμο υγρό καύσιμο εναλλακτικό στο πετρέλαιο. Το συνγκάζ ήδη χρησιμοποιείται ως δομικό στοιχείο στην παραγωγή υγρών καυσίμων. «Αυτό που θέλουμε να κάνουμε στη συνέχεια, αντί πρώτα να κάνουμε συνγκάζ και μετά να το μετατρέπουμε σε υγρό καύσιμο, είναι να κάνουμε υγρό καύσιμο σε ένα βήμα από διοξείδιο του άνθρακα και νερό», είπε ο Reisner.

Πηγή: University of Cambridge

Περισσότερα στη δημοσίευση: Bias-free solar syngas production by integrating a molecular cobalt catalyst with perovskite-BiVO4 tandems. Nature Materials.