Forskere har udviklet en selvstændig enhed, der omdanner sollys, kuldioxid og vand til et kulstofneutr alt brændstof uden at kræve yderligere komponenter eller elektricitet.
Enheden, der er udviklet af et team fra University of Cambridge, er et væsentligt skridt i retning af at opnå kunstig fotosyntese - en proces, der efterligner planters evne til at omdanne sollys til energi. Det er baseret på en avanceret 'photosheet'-teknologi og omdanner sollys, kuldioxid og vand til oxygen og myresyre - et brændstof, der kan lagres, som enten kan bruges direkte eller omdannes til brint.
Resultaterne, rapporteret i tidsskriftet Nature Energy, repræsenterer en ny metode til omdannelse af kuldioxid til rene brændstoffer. Den trådløse enhed kunne skaleres op og bruges på energi-"farme" svarende til solenergifarme, der producerer rent brændstof ved hjælp af sollys og vand.
Høstning af solenergi for at omdanne kuldioxid til brændstof er en lovende måde at reducere kulstofemissioner og overgang væk fra fossile brændstoffer. Det er dog en udfordring at producere disse rene brændstoffer uden uønskede biprodukter.
"Det har været svært at opnå kunstig fotosyntese med en høj grad af selektivitet, så du omdanner så meget af sollys som muligt til det brændstof, du ønsker, i stedet for at stå tilbage med en masse affald," sagde førsteforfatter Dr. Qian Wang fra Cambridge's Department of Chemistry.
"Desuden kan opbevaring af gasformige brændstoffer og adskillelse af biprodukter være kompliceret - vi ønsker at nå det punkt, hvor vi rent kan producere et flydende brændstof, der også nemt kan opbevares og transporteres," sagde professor Erwin Reisner, avisens seniorforfatter.
I 2019 udviklede forskere fra Reisners gruppe en solreaktor baseret på et 'kunstigt blad'-design, som også bruger sollys, kuldioxid og vand til at producere et brændstof, kendt som syngas. Den nye teknologi ser ud og opfører sig ganske på samme måde som det kunstige blad, men virker på en anden måde og producerer myresyre.
Mens det kunstige blad brugte komponenter fra solceller, kræver den nye enhed ikke disse komponenter og er udelukkende afhængig af fotokatalysatorer indlejret på et ark for at producere et såkaldt fotokatalysatorark. Arkene er lavet af halvlederpulvere, som nemt og omkostningseffektivt kan fremstilles i store mængder.
Denne nye teknologi er desuden mere robust og producerer rent brændstof, der er lettere at opbevare og viser potentiale til at producere brændstofprodukter i stor skala. Testenheden er 20 kvadratcentimeter stor, men forskerne siger, at det burde være relativt ligetil at skalere den op til flere kvadratmeter. Derudover kan myresyren akkumuleres i opløsning og omdannes kemisk til forskellige typer brændstof.
"Vi var overraskede over, hvor godt det fungerede i forhold til dets selektivitet - det producerede næsten ingen biprodukter," sagde Wang. "Nogle gange fungerer tingene ikke så godt, som du havde forventet, men dette var et sjældent tilfælde, hvor det faktisk fungerede bedre."
Den kuldioxid-omdannende kobolt-baserede katalysator er nem at fremstille og relativt stabil. Selvom denne teknologi vil være lettere at opskalere end det kunstige blad, skal effektiviteten stadig forbedres, før nogen kommerciel implementering kan overvejes. Forskerne eksperimenterer med en række forskellige katalysatorer for at forbedre både stabilitet og effektivitet.
De aktuelle resultater blev opnået i samarbejde med holdet af professor Kazunari Domen fra University of Tokyo, en medforfatter af undersøgelsen.
Forskerne arbejder nu på at optimere systemet yderligere og forbedre effektiviteten. Derudover udforsker de andre katalysatorer til brug på enheden for at få forskellige solbrændstoffer.
"Vi håber, at denne teknologi vil bane vejen for bæredygtig og praktisk produktion af solbrændstof," sagde Reisner.
