Energia z natury

Dzięki sztucznej fotosyntezie naukowcy stworzyli paliwo z dwutlenku węgla i światła słonecznego.

Aktualizacja: 20.09.2017 13:12 Publikacja: 19.09.2017 18:46

Naśladowanie procesów zachodzących w przyrodzie może skutecznie ograniczyć efekty nadmiernej emisji

Naśladowanie procesów zachodzących w przyrodzie może skutecznie ograniczyć efekty nadmiernej emisji dwutlenku węgla

Foto: Fotolia

Naukowcy z Laboratorium Narodowego Lawrence Berkeley wykorzystali mechanizm fotosyntezy do przekształcania dwutlenku węgla w paliwo i alkohol z wydajnością znacznie większą, niż czynią to rośliny. Osiągnięcie to stanowi znaczący milowy krok w wysiłkach zmierzających do znalezienia trwałych i odnawialnych źródeł paliwa.

Jest to pierwsze naukowe osiągnięcie, które z powodzeniem demonstruje przejście od dwutlenku węgla bezpośrednio do produktów docelowych – etanolu i etylenu, przy wydajności procesu z powodzeniem rywalizującej z tymi, które zachodzą w przyrodzie.

– To niezwykle ekscytujący kierunek rozwoju – mówi prowadzący projekt Joel Ager z Berkeley Lab. – Wraz ze wzrostem poziomu CO2 w atmosferze zmienia się klimat Ziemi, potrzeba rozwijania trwałych źródeł energii stała się coraz pilniejsza. Nasze prace pokazują, że mamy nową drogę do wytwarzania paliw bezpośrednio ze światła słonecznego.

Do zainicjowania sztucznego procesu fotosyntezy użyto kilku typów urządzeń. Jedna z grup badawczych z Berkeley Lab skupiła się na konkretnym składniku w układzie fotowoltaicznym i elektrochemicznym. Miał on stać się katalizatorem, który doprowadzi do zamiany dwutlenku węgla w związki wielowęglowe.

Po znalezieniu rozwiązania pozostał do rozważenia kolejny problem: dostępność światła słonecznego.

Nie tylko w południe

Naukowcy zaprojektowali kompletny system do pracy o różnych porach dnia. Gdy połączono elektrody z silikonowymi ogniwami fotowoltaicznymi, osiągnięto efektywność konwersji słonecznej od 3 do 4 proc. Po zastosowaniu znacznie wydajniejszego w pochmurne dni ogniwa tandemowego skuteczność systemu podniosła się do 5 proc., co jest wynikiem wyjątkowo zadowalającym.

Nowe materiały

W trakcie prac nad sztuczną fotosyntezą naukowcy musieli dokonać wielu ulepszeń. Wydajność systemu cały czas stanowiła duże wyzwanie. Wśród nowych komponentów opracowanych przez naukowców jest nanocząsteczkowa miedziano-srebrna katoda. Srebro pomaga w redukcji dwutlenku do tlenku węgla, podczas gdy miedź wspiera przemianę tlenku węgla dalej w węglowodory i alkohole.

Grupy badawcze pracujące nad anodami robiły to głównie w warunkach alkalicznych, ponieważ te elektrody zazwyczaj wymagają środowiska o wysokim pH. To z kolei nie jest optymalne dla rozpuszczalności CO2. Bardzo trudno było znaleźć anodę, która będzie działała w warunkach neutralnych. Udało się rozwiązać ten problem dzięki zastosowaniu nanorurek tlenku irydu ułożonych na powierzchni tlenku cynku. Dzięki temu powstała bardziej jednolita struktura, znacznie lepiej wspomagająca reakcje chemiczne – utlenienia wody i uwolnienia tlenu.

– Wartością, jaką wnosi tu nanotechnologia, jest to, że podobnie jak rośliny system może wytwarzać produkty docelowe w szerokim zakresie warunków i jest bardzo stabilny – przyznaje Ager.

– To duży krok naprzód w tworzeniu urządzeń służących do skutecznego ograniczania emisji CO2 i testowania nowych materiałów – podsumowała Frances Houle z Berkeley Lab. – Stanowi jasne ramy dla przyszłego rozwoju w pełni zintegrowanych urządzeń redukujących CO2 i będących jednocześnie źródłem paliw.

Naukowcy z Laboratorium Narodowego Lawrence Berkeley wykorzystali mechanizm fotosyntezy do przekształcania dwutlenku węgla w paliwo i alkohol z wydajnością znacznie większą, niż czynią to rośliny. Osiągnięcie to stanowi znaczący milowy krok w wysiłkach zmierzających do znalezienia trwałych i odnawialnych źródeł paliwa.

Jest to pierwsze naukowe osiągnięcie, które z powodzeniem demonstruje przejście od dwutlenku węgla bezpośrednio do produktów docelowych – etanolu i etylenu, przy wydajności procesu z powodzeniem rywalizującej z tymi, które zachodzą w przyrodzie.

Pozostało 81% artykułu
2 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Subskrybuj
Materiał partnera
Technologie kwantowe: nauka tworzy szanse dla gospodarki
Materiał Promocyjny
Wykup samochodu z leasingu – co warto wiedzieć?
Nowe technologie
Niewykrywalny bombowiec strategiczny Sił Powietrznych USA odbył pierwszy lot
Nowe technologie
Co mówią kury? Naukowcy opracowali tłumacza, użyli sztucznej inteligencji
Nowe technologie
Prof. Zybertowicz: AI może potraktować ludzkość jak budowniczy autostrad traktują mrowiska
Materiał Promocyjny
Jak kupić oszczędnościowe obligacje skarbowe? Sposobów jest kilka
Materiał Promocyjny
Dell Technologies: nie ma branży czy przedsiębiorstwa, które może funkcjonować bez nowoczesnych technologii