Halfgeleidende fotokatalysatoren die zonne-energie efficiënt absorberen, kunnen de energie verminderen die nodig is om een ​​bio-elektrochemisch proces aan te drijven dat CO omzet ₂ emissies in waardevolle chemicaliën, KAUST-onderzoekers hebben aangetoond.

CO . recyclen ₂ tegelijkertijd de koolstofemissies in de atmosfeer kunnen verminderen en tegelijkertijd nuttige chemicaliën en brandstoffen kunnen genereren, legt Bin Bian uit, een doctoraat student in het lab van Pascal Saikaly, die het onderzoek leidde. "Microbiële elektrosynthese (MES), gekoppeld aan een duurzame energievoorziening, zou zo'n technologie kunnen zijn, "zegt Bian.

MES maakt gebruik van het vermogen van sommige microben om CO . op te nemen ₂ en omzetten in chemicaliën, zoals acetaat. In de natuur, chemolithoautotrofe microben metaboliseren mineralen als een energiebron in een proces waarbij elektronen worden gependeld. Deze mogelijkheid kan worden benut om CO ₂ in producten met toegevoegde waarde als de microben worden voorzien van een stroom elektronen en protonen uit anodisch water dat zich splitst in een elektrochemische cel (zie afbeelding).

In hun laatste werk, in plaats van te focussen op de CO ₂ -naar-acetaat stap, het team werkte aan het verminderen van de energie-input voor de productie van moleculaire zuurstof (O2) aan de anode, een reactie die de totale cel in balans houdt. "In MES-systemen, het proces dat de meeste energie verbruikt, wordt verondersteld de zuurstofevolutiereactie (OER) te zijn, " Bian legt uit. Onderzoekers hebben lichtvangende anodematerialen gebruikt, zoals titaandioxide, die energie uit zonlicht benutten om de OER te stimuleren. In hun huidige werk het team onderzocht een veelbelovend alternatief voor de fotoanode, het licht oogstmateriaal, bismut vanadaat.

Bismutvanadaat absorbeerde energie uit een veel breder bereik van het zonnespectrum dan titaniumdioxide, de hele MES-cel efficiënter maken, het team liet zien. "We hebben een conversie-efficiëntie van zonne-naar-acetaat verkregen van 1,65 procent, wat het hoogste is dat tot nu toe is gerapporteerd, " zegt Saikaly. "Deze efficiëntie is ongeveer acht keer hoger dan de 0,2 procent efficiëntie van de wereldwijde natuurlijke fotosynthese, dat is het door zonne-energie aangedreven proces van de natuur voor het omzetten van CO ₂ in energierijke moleculen, ’ merkt Bian op.

Tot nu toe heeft het team de microbe-biokatalysatoren voorzien van een gestage stroom van elektronen en CO ₂ om hun groei te ondersteunen. "De volgende stap voor ons is om ons systeem onder echt zonlicht te testen en de veerkracht van de biokatalysatoren te controleren onder een intermitterende hernieuwbare energiebron, ' zegt Saikaly.