Широко используемый газ, который в настоящее время производится из ископаемого топлива, вместо этого может быть получен с помощью «искусственного листа», который использует только солнечный свет, углекислый газ и воду, и который в конечном итоге может быть использован для разработки устойчивой альтернативы жидкому топливу. на бензин.
Углеродно-нейтральное устройство устанавливает новый стандарт в области солнечного топлива после того, как исследователи из Кембриджского университета продемонстрировали, что оно может напрямую производить газ, называемый синтетическим газом, устойчивым и простым способом.
Вместо того, чтобы работать на ископаемом топливе, искусственный лист питается от солнечного света, хотя он по-прежнему эффективно работает в пасмурные и пасмурные дни. И в отличие от нынешних промышленных процессов производства синтез-газа, лист не выбрасывает в атмосферу дополнительного углекислого газа. Результаты опубликованы в журнале Nature Materials.
Сингаз в настоящее время производится из смеси водорода и монооксида углерода и используется для производства ряда товаров, таких как топливо, фармацевтические препараты, пластмассы и удобрения.
«Возможно, вы не слышали о синтез-газе, но каждый день вы потребляете продукты, созданные с его использованием. топливной промышленности», - сказал старший автор профессор Эрвин Рейснер с химического факультета Кембриджа, который провел семь лет, работая над достижением этой цели.
Устройство, созданное Рейснером и его коллегами, вдохновлено фотосинтезом - естественным процессом, при котором растения используют энергию солнечного света для превращения углекислого газа в пищу.
На искусственном листе два поглотителя света, похожие на молекулы в растениях, собирающих солнечный свет, объединены с катализатором, изготовленным из природного элемента кобальта.
Когда устройство погружают в воду, один поглотитель света использует катализатор для производства кислорода. Другой осуществляет химическую реакцию, которая превращает углекислый газ и воду в монооксид углерода и водород, образуя смесь синтез-газа.
В качестве дополнительного бонуса исследователи обнаружили, что их светопоглотители работают даже при слабом солнечном свете в дождливый или пасмурный день.
«Это означает, что вы не ограничены использованием этой технологии только в теплых странах или только в летние месяцы», - сказал аспирант Вирджил Андрей, первый автор статьи. «Вы можете использовать его с рассвета до заката в любой точке мира».
Исследование проводилось в Христианской Допплеровской лаборатории устойчивой химии синтез-газа на химическом факультете университета. Его совместно финансировали австрийское правительство и австрийская нефтехимическая компания OMV, которая ищет способы сделать свой бизнес более устойчивым.
"Компания OMV активно поддерживала Христианскую допплеровскую лабораторию в течение последних семи лет. Фундаментальные исследования группы по производству синтез-газа в качестве основы для жидкого топлива с нулевым выбросом углерода являются новаторскими", - сказал Майкл. Дитер Ульбрих, старший советник OMV.
Другие устройства «искусственного листа» также были разработаны, но они обычно производят только водород. Исследователи из Кембриджа говорят, что причина, по которой они смогли обеспечить устойчивое производство синтез-газа, заключается в сочетании материалов и катализаторов, которые они использовали.
К ним относятся современные перовскитные поглотители света, которые обеспечивают высокое фотонапряжение и электрический ток для питания химической реакции, посредством которой углекислый газ восстанавливается до монооксида углерода, по сравнению с поглотителями света, изготовленными из кремния или материалы, сенсибилизированные красителем. Исследователи также использовали кобальт в качестве молекулярного катализатора вместо платины или серебра. Кобальт не только дешевле, но и лучше производит монооксид углерода, чем другие катализаторы.
В настоящее время команда ищет способы использования своей технологии для производства экологически чистой альтернативы бензину на жидком топливе.
Сингаз уже используется в качестве строительного блока при производстве жидкого топлива. «То, что мы хотели бы сделать дальше, вместо того, чтобы сначала производить синтетический газ, а затем преобразовывать его в жидкое топливо, - это получить жидкое топливо за один этап из углекислого газа и воды», - сказал Рейснер, который также является научным сотрудником Университета Святого Иоанна. Колледж.
Несмотря на то, что достигнуты большие успехи в производстве электроэнергии из возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и фотогальваника, Рейснер говорит, что разработка синтетического бензина имеет жизненно важное значение, поскольку электричество в настоящее время может удовлетворить только около 25% нашего общего мирового спроса на энергию.. «Существует большой спрос на жидкое топливо для устойчивого использования тяжелого транспорта, судоходства и авиации», - сказал он.
«Мы стремимся к устойчивому производству таких продуктов, как этанол, который можно легко использовать в качестве топлива», - сказал Андрей. «Сложно произвести его за один шаг от солнечного света с помощью реакции восстановления углекислого газа. Но мы уверены, что движемся в правильном направлении и что у нас есть нужные катализаторы, поэтому мы верим, что сможем произвести устройство. которые могут продемонстрировать этот процесс в ближайшем будущем."
Исследование также финансировалось Winton Program for the Physics of Sustainability, Исследовательским советом по биотехнологии и биологическим наукам и Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам.