Nieuwe technologie die zonlicht gebruikt om chemische reacties aan te drijven, maakt de weg vrij voor een duurzamere chemische productie-industrie, een van de grootste energieverbruikers ter wereld.

Onderzoekers van de RMIT University hebben een nano-versterkt materiaal ontwikkeld dat een ongelooflijke 99% van het licht kan opvangen en omzetten in chemische reacties.

Naast het verminderen van de milieu-impact van chemische productie, de innovatie zou ooit kunnen worden gebruikt om technologieën te leveren zoals betere infraroodcamera's en waterontzilting op zonne-energie.

Vandaag gepubliceerd in ACS toegepaste energiematerialen , het onderzoek richt zich op de uitdaging om alternatieve energiebronnen voor chemische productie te vinden, die goed is voor ongeveer 10% van het wereldwijde energieverbruik en 7% van de industriële uitstoot van broeikasgassen.

In de VS, chemische productie verbruikt meer energie dan enige andere industrie, goed voor 28% van het industriële energieverbruik in 2017.

Terwijl fotokatalyse - het gebruik van licht om chemische reacties op gang te brengen - in de industrie groeit, efficiëntie en kosten blijven belangrijke obstakels voor een bredere toepassing.

Hoofdonderzoeker, universitair hoofddocent Daniel Gomez, zei dat de nieuwe technologie de lichtabsorptie maximaliseert om lichtenergie efficiënt om te zetten in chemische energie.

"Chemische productie is een energieverslindende industrie omdat traditionele katalytische processen intensieve verhitting en druk vereisen om reacties aan te drijven, "Gomes, een ARC Future Fellow in RMIT's School of Science, zei.

"Maar een van de grote uitdagingen om naar een duurzamere toekomst te gaan, is dat veel van de materialen die het beste zijn voor het aanwakkeren van chemische reacties, niet genoeg reageren op licht."

"De fotokatalysator die we hebben ontwikkeld, kan 99% van het licht over het hele spectrum opvangen, en 100% van specifieke kleuren.

"Het is een schaalbare en efficiënte technologie die nieuwe mogelijkheden opent voor het gebruik van zonne-energie - van elektriciteitsopwekking naar het direct omzetten van zonne-energie in waardevolle chemicaliën."

Nanotechnologie voor zonne-energie

Het onderzoek richtte zich op palladium, een element dat uitstekend is in het produceren van chemische reacties, maar meestal niet erg lichtgevoelig is.

Door de optische eigenschappen van palladium nanodeeltjes te manipuleren, de onderzoekers konden het materiaal lichtgevoeliger maken.

Hoewel palladium zeldzaam en duur is, de techniek vereist slechts een minuscule hoeveelheid - 4 nanometer nano-versterkt palladium is genoeg om 99% van het licht te absorberen en een chemische reactie te bewerkstelligen. Een gemiddeld mensenhaar, ter vergelijking, is 100, 000 nanometer dik.

Naast chemische productie, de innovatie zou verder kunnen worden ontwikkeld voor een reeks andere potentiële toepassingen, waaronder betere nachtzichttechnologie door meer lichtgevoelige en duidelijkere beelden te produceren.

Een ander potentieel gebruik is voor ontzilting. Het nano-versterkte materiaal kan in zout water worden gedaan en vervolgens worden blootgesteld aan zonlicht, genoeg energie produceren om het water te koken en te verdampen, scheiden van het zout.

Gomez, die het Polaritonics Lab bij RMIT leidt, zei dat de nieuwe technologie de opbrengst in de opkomende fotokatalysesector aanzienlijk zou kunnen verhogen, met toonaangevende bedrijven die momenteel ongeveer 30 kg product per dag produceren met licht als drijvende kracht.

"We vertrouwen allemaal op producten van de chemische maakindustrie - van plastic en medicijnen, tot meststoffen en de materialen die de kleuren op digitale schermen produceren, " hij zei.

"Maar net als de rest van onze economie, het is een industrie die momenteel wordt gevoed door koolstof.

"Ons uiteindelijke doel is om deze technologie te gebruiken om zonlicht efficiënt te benutten en zonne-energie om te zetten in chemicaliën, met als doel deze vitale industrie om te vormen tot een die hernieuwbaar en duurzaam is."