Η ικανότητά του να παράγει αειθαλώς το αέριο θα αποτελούσε ένα κρίσιμο βήμα για την ολοκλήρωση του παγκόσμιου κύκλου άνθρακα και τη δημιουργία μιας βιώσιμης βιομηχανίας χημικών και καυσίμων
Η ουδέτερη από άνθρακα συσκευή θέτει ένα νέο σημείο αναφοράς στον τομέα των ηλιακών καυσίμων, αφού οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Cambridge απέδειξαν ότι μπορούν να παράγουν απευθείας το αέριο - το οποίο ονομάζεται syngas - με βιώσιμο και απλό τρόπο.
Αντί να λειτουργεί με ορυκτά καύσιμα, το τεχνητό φύλλο τροφοδοτείται από το φως του ήλιου, αν και εξακολουθεί να λειτουργεί αποτελεσματικά σε συννεφιασμένες και νεφελώδεις ημέρες. Και σε αντίθεση με τις τρέχουσες βιομηχανικές διεργασίες για την παραγωγή syngas, το φύλλο δεν απελευθερώνει κανένα πρόσθετο διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Τα αποτελέσματα αναφέρονται στο περιοδικό Nature Materials.
Το Syngas κατασκευάζεται επί του παρόντος από μίγμα υδρογόνου και μονοξειδίου του άνθρακα και χρησιμοποιείται για την παραγωγή μιας σειράς προϊόντων, όπως τα καύσιμα, τα φαρμακευτικά προϊόντα, τα πλαστικά και τα λιπάσματα.
"Μπορεί να μην έχετε ακούσει για το ίδιο το syngas, αλλά κάθε μέρα, καταναλώνετε προϊόντα που δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας το. Η ικανότητά της να παράγει με βιώσιμο τρόπο θα ήταν ένα κρίσιμο βήμα για να κλείσει ο παγκόσμιος κύκλος άνθρακα και να δημιουργηθεί μια βιώσιμη βιομηχανία χημικών και καυσίμων ", δήλωσε ο καθηγητής Erwin Reisner από το Τμήμα Χημείας του Cambridge, ο οποίος έχει περάσει επτά χρόνια για να επιτύχει αυτόν τον στόχο.
Η συσκευή που δημιούργησε ο καθηγητής Reisner και οι συνάδελφοί του είναι εμπνευσμένη από τη φωτοσύνθεση - τη φυσική διαδικασία με την οποία τα φυτά χρησιμοποιούν την ενέργεια από το φως του ήλιου για να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα σε τρόφιμα.
Στο τεχνητό φύλλο, δύο απορροφητές φωτός, παρόμοιοι με τα μόρια στα φυτά που συλλέγουν το φως του ήλιου, συνδυάζονται με έναν καταλύτη κατασκευασμένο από το φυσικά άφθονο κοβάλτιο.
Όταν η συσκευή βυθίζεται στο νερό, ένας απορροφητής φωτός χρησιμοποιεί τον καταλύτη για την παραγωγή οξυγόνου. Ο άλλος διεξάγει τη χημική αντίδραση που μειώνει το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε μονοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο, σχηματίζοντας το μίγμα syngas.
Ως πρόσθετο πλεονέκτημα, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι οι απορροφητές τους λειτουργούν ακόμη και κάτω από τα χαμηλά επίπεδα ηλιακού φωτός σε μια βροχερή ή συννεφιασμένη μέρα.
"Αυτό σημαίνει ότι δεν περιορίζεστε στη χρήση αυτής της τεχνολογίας μόνο σε ζεστές χώρες, ή μόνο τη λειτουργία της διαδικασίας κατά τους καλοκαιρινούς μήνες", δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης Virgil Andrei. "Θα μπορούσατε να το χρησιμοποιήσετε από την αυγή μέχρι το σούρουπο, οπουδήποτε στον κόσμο."
Η έρευνα διεξήχθη στο Christian Doppler Laboratory for Sustainable SynGas Chemistry στο Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου.
Άλλες συσκευές «τεχνητών φύλλων» έχουν επίσης αναπτυχθεί, αλλά αυτές συνήθως παράγουν μόνο υδρογόνο. Οι ερευνητές του Cambridge λένε ότι ο λόγος που ήταν σε θέση να κάνουν την παραγωγή τους syngas βιώσιμα είναι χάρη στον συνδυασμό των υλικών και των καταλυτών που χρησιμοποίησαν.
Αυτές περιλαμβάνουν υπερσύγχρονα απορροφητικά φώτα περοβσκίτη, τα οποία παρέχουν υψηλό φωτοβολταϊκό και ηλεκτρικό ρεύμα για την τροφοδοσία της χημικής αντίδρασης με την οποία το διοξείδιο του άνθρακα μειώνεται στο μονοξείδιο του άνθρακα, σε σύγκριση με τους απορροφητές φωτός που κατασκευάζονται από υλικά πυριτίου ή ευαισθητοποίησης βαφής. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν επίσης κοβάλτιο ως μοριακό καταλύτη τους, αντί για λευκόχρυσο ή ασήμι. Το κοβάλτιο δεν έχει μόνο χαμηλότερο κόστος, αλλά είναι καλύτερο να παράγει μονοξείδιο του άνθρακα από άλλους καταλύτες.
Η ομάδα εξετάζει τώρα τρόπους για να χρησιμοποιήσει την τεχνολογία τους για να παράγει μια βιώσιμη εναλλακτική λύση υγρών καυσίμων στη βενζίνη.
Το Syngas χρησιμοποιείται ήδη ως δομικό στοιχείο στην παραγωγή υγρών καυσίμων. "Αυτό που θα θέλαμε να κάνουμε στη συνέχεια, αντί να κάνουμε πρώτα το syngas και στη συνέχεια να το μετατρέψουμε σε υγρό καύσιμο, είναι να κάνουμε το υγρό καύσιμο σε ένα βήμα από διοξείδιο του άνθρακα και νερό", δήλωσε ο Reisner.
Αν και οι μεγάλες εξελίξεις γίνονται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως η αιολική ενέργεια και η φωτοβολταϊκή, ο Reisner αναφέρει ότι η ανάπτυξη συνθετικής βενζίνης είναι ζωτικής σημασίας, καθώς η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί σήμερα να ικανοποιεί μόνο το 25% της συνολικής παγκόσμιας ζήτησης ενέργειας. "Υπάρχει μεγάλη ζήτηση για υγρά καύσιμα για την αειφορία των βαριών μεταφορών, της ναυτιλίας και της αεροπορίας", ανέφερε.