Chemici van de Universiteit van Illinois hebben met succes brandstoffen geproduceerd met water, koolstofdioxide en zichtbaar licht door kunstmatige fotosynthese. Door koolstofdioxide om te zetten in complexere moleculen zoals propaan, groene energietechnologie is nu een stap dichter bij het gebruik van overtollige CO ₂ om zonne-energie op te slaan - in de vorm van chemische bindingen - voor gebruik wanneer de zon niet schijnt en in tijden van piekvraag.

Planten gebruiken zonlicht om chemische reacties tussen water en CO . op gang te brengen ₂ om zonne-energie te creëren en op te slaan in de vorm van energierijke glucose. In de nieuwe studie de onderzoekers ontwikkelden een kunstmatig proces dat hetzelfde groene lichtgedeelte van het zichtbare lichtspectrum gebruikt dat door planten wordt gebruikt tijdens natuurlijke fotosynthese om CO om te zetten ₂ en water in brandstof, in combinatie met elektronenrijke gouden nanodeeltjes die als katalysator dienen. De nieuwe bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

"Het doel is hier om complexe, vloeibaar te maken koolwaterstoffen uit overtollige CO ₂ en andere duurzame bronnen zoals zonlicht, " zei Prashant Jain, een professor in de chemie en co-auteur van de studie. "Vloeibare brandstoffen zijn ideaal omdat ze gemakkelijker zijn, veiliger en zuiniger te vervoeren dan gas en, omdat ze zijn gemaakt van moleculen met lange ketens, bevatten meer bindingen, wat betekent dat ze energie dichter inpakken."

In het laboratorium van Jain, Sungju Yu, een postdoctoraal onderzoeker en eerste auteur van de studie, gebruikt metaalkatalysatoren om groen licht te absorberen en elektronen en protonen over te dragen die nodig zijn voor chemische reacties tussen CO ₂ en water, dat de rol van het pigment chlorofyl in de natuurlijke fotosynthese vervult.

Gouden nanodeeltjes werken bijzonder goed als katalysator, Jaïn zei, omdat hun oppervlakken een gunstige wisselwerking hebben met de CO ₂ moleculen, zijn efficiënt in het absorberen van licht en breken niet af of worden niet afgebroken zoals andere metalen die gemakkelijk kunnen aantasten.

Er zijn verschillende manieren waarop de energie die is opgeslagen in bindingen van de koolwaterstofbrandstof wordt vrijgemaakt. Echter, de gemakkelijke conventionele verbrandingsmethode levert uiteindelijk meer CO op ₂ -wat in de eerste plaats contraproductief is voor het idee van het oogsten en opslaan van zonne-energie, zei Jaïn.

"Er zijn andere, meer onconventioneel potentieel gebruik van de koolwaterstoffen die bij dit proces ontstaan, " zei hij. "Ze kunnen worden gebruikt om brandstofcellen aan te drijven voor het produceren van elektrische stroom en spanning. Er zijn laboratoria over de hele wereld die proberen uit te vinden hoe de omzetting van koolwaterstof naar elektriciteit efficiënt kan worden uitgevoerd. ' zei Jaïn.

Even spannend als de ontwikkeling van deze CO ₂ -naar-vloeibare brandstof kan worden gebruikt voor groene energietechnologie, de onderzoekers erkennen dat het kunstmatige fotosyntheseproces van Jain lang niet zo efficiënt is als in planten.

"We moeten leren hoe we de katalysator kunnen afstemmen om de efficiëntie van de chemische reacties te vergroten, " zei hij. "Dan kunnen we beginnen met het harde werk om te bepalen hoe we het proces gaan opschalen. En, zoals elke onconventionele energietechnologie, er zullen veel economische haalbaarheidsvragen moeten worden beantwoord, ook."