Химики из Университета Иллинойса успешно произвели топливо, используя воду, углекислый газ и видимый свет посредством искусственного фотосинтеза. Преобразовывая углекислый газ в более сложные молекулы, такие как пропан, технология зеленой энергии теперь на один шаг ближе к использованию избытка CO2 для хранения солнечной энергии - в форме химических связей - для использования, когда солнце не светит и в периоды пикового спроса.
Растения используют солнечный свет для запуска химических реакций между водой и CO2 для создания и хранения солнечной энергии в виде высококалорийной глюкозы. В новом исследовании ученые разработали искусственный процесс, в котором используется та же самая часть спектра видимого света зеленого света, которая используется растениями во время естественного фотосинтеза для преобразования CO2 и воды в топливо в сочетании. с богатыми электронами наночастицами золота, которые служат катализатором. Новые результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
«Цель здесь состоит в том, чтобы производить сложные, сжижаемые углеводороды из избытка CO2 и других устойчивых ресурсов, таких как солнечный свет», - сказал Прашант Джайн, профессор химии и соавтор. исследования. «Жидкие виды топлива идеальны, потому что их легче, безопаснее и экономичнее транспортировать, чем газ, и, поскольку они состоят из молекул с длинной цепью, содержат больше связей, а это означает, что они более плотно упаковывают энергию».
В лаборатории Джейна Сунгджу Ю, исследователь с докторской степенью и первый автор исследования, использует металлические катализаторы для поглощения зеленого света и переноса электронов и протонов, необходимых для химических реакций между CO2и вода - восполняющая роль пигмента хлорофилла в естественном фотосинтезе.
Наночастицы золота работают особенно хорошо в качестве катализатора, сказал Джайн, потому что их поверхности благоприятно взаимодействуют с молекулами CO2, эффективно поглощают свет и не разрушаются и не разлагаются. как и другие металлы, которые легко тускнеют.
Есть несколько способов высвобождения энергии, запасенной в связях углеводородного топлива. Тем не менее, простой традиционный метод сжигания в конечном итоге производит больше CO2, что, в первую очередь, контрпродуктивно по отношению к идее сбора и хранения солнечной энергии, сказал Джайн..
«Есть и другие, более нетрадиционные потенциальные возможности использования углеводородов, полученных в результате этого процесса», - сказал он. «Их можно использовать для питания топливных элементов для производства электрического тока и напряжения. По всему миру есть лаборатории, пытающиеся выяснить, как можно эффективно преобразовать углеводороды в электричество», - сказал Джейн.
Какой бы захватывающей ни была разработка этого CO2 в жидкое топливо для технологии зеленой энергии, исследователи признают, что процесс искусственного фотосинтеза Jain далеко не так эффективен, как это в растениях.
«Нам нужно научиться настраивать катализатор, чтобы повысить эффективность химических реакций», - сказал он. «Тогда мы можем начать тяжелую работу по определению того, как масштабировать процесс. И, как и в случае с любой нетрадиционной энергетической технологией, также будет много вопросов экономической осуществимости».
Институт энергетики и биологических наук в рамках программы EBI-Shell поддержал это исследование.