Kunstmatige bladeren bootsen fotosynthese na - het proces waarbij planten water en koolstofdioxide uit de lucht gebruiken om koolhydraten te produceren met behulp van energie van de zon. Maar zelfs de modernste kunstmatige bladeren, die veelbelovend zijn in het verminderen van kooldioxide uit de atmosfeer, werken alleen in het laboratorium omdat ze pure, kooldioxide onder druk uit tanks.

Maar nu, onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Chicago hebben een ontwerpoplossing voorgesteld die kunstmatige bladeren uit het laboratorium en in het milieu zou kunnen brengen. Hun verbeterde blad, die koolstofdioxide - een krachtig broeikasgas - uit de lucht zou gebruiken, zou minstens 10 keer efficiënter zijn dan natuurlijke bladeren bij het omzetten van koolstofdioxide in brandstof. Hun bevindingen worden gerapporteerd in het tijdschrift ACS Duurzame Chemie &Engineering .

"Tot dusver, alle ontwerpen voor kunstmatige bladeren die in het laboratorium zijn getest, gebruiken koolstofdioxide uit tanks onder druk. Om succesvol te implementeren in de echte wereld, deze apparaten moeten koolstofdioxide kunnen onttrekken aan veel meer verdunde bronnen, zoals lucht en rookgas, dat is het gas dat wordt afgegeven door kolencentrales, " zei Meenesh Singh, assistent-professor chemische technologie aan het UIC College of Engineering en corresponderende auteur op het papier.

Door de onder druk staande kooldioxidetoevoer van deze bladeren los te koppelen, moeten ze een manier hebben om kooldioxide uit de lucht te verzamelen en te concentreren om hun kunstmatige fotosynthetische reacties te stimuleren.

Singh en zijn collega Aditya Prajapati, een afgestudeerde student in zijn lab, stelde voor dit probleem op te lossen door een traditioneel kunstblad in te kapselen in een transparante capsule gemaakt van een semi-permeabel membraan van quaternaire ammoniumhars en gevuld met water. Het membraan laat water van binnenuit verdampen wanneer het wordt verwarmd door zonlicht. Als water door het membraan naar buiten stroomt, het haalt selectief koolstofdioxide uit de lucht. De kunstmatige fotosynthese-eenheid in de capsule bestaat uit een lichtabsorbeerder die is bedekt met katalysatoren die de kooldioxide omzetten in koolmonoxide, die kan worden overgeheveld en gebruikt als basis voor het maken van verschillende synthetische brandstoffen. Zuurstof wordt ook geproduceerd en kan worden opgevangen of vrijgelaten in de omgeving.

"Door traditionele kunstmatige bladtechnologie in dit gespecialiseerde membraan te omhullen, de hele unit kan buiten functioneren, als een natuurlijk blad, ' zei Singh.

Volgens hun berekeningen 360 bladeren, elk 1,7 meter lang en 0,2 meter breed, zou bijna een halve ton koolmonoxide per dag produceren die als basis voor synthetische brandstoffen zou kunnen worden gebruikt. Driehonderdzestig van deze kunstmatige bladeren, die een oppervlakte van 500 vierkante meter beslaan, zouden in staat zijn om het kooldioxidegehalte in de omringende lucht binnen 100 meter van de array in één dag met 10 procent te verminderen.

"Ons conceptueel ontwerp maakt gebruik van direct beschikbare materialen en technologie, dat wanneer gecombineerd een kunstmatig blad kan worden geproduceerd dat klaar is om buiten het laboratorium te worden ingezet, waar het een belangrijke rol kan spelen bij het verminderen van broeikasgassen in de atmosfeer, ' zei Singh.