Atmosferische kooldioxide (CO ₂ ) is een belangrijke aanjager van de opwarming van de aarde, maar dit gas zou ook als een waardevolle hulpbron kunnen dienen. Onderzoekers van KAUST hebben een efficiënte katalysator ontwikkeld die lichtenergie gebruikt om CO . om te zetten ₂ en waterstof in methaan (CH4). Dit gaat het vrijkomen van CO . tegen ₂ wanneer methaan als brandstof wordt verbrand.

Veel onderzoekers wereldwijd onderzoeken manieren om CO . om te zetten ₂ in bruikbare op koolstof gebaseerde chemicaliën, maar hun inspanningen zijn beperkt door lage efficiënties die het potentieel voor grootschalige toepassing beperken.

"Onze aanpak is gebaseerd op de synergetische combinatie van licht en warmte, bekend als het fotothermische effect, ", zegt postdoc Diego Mateo. Hij legt uit dat de warmte wordt gegenereerd door de interactie van licht met de katalysator, dus de twee vormen van energie komen van geabsorbeerd licht.

Sommige andere industriële benaderingen vereisen verwarming van externe bronnen om temperaturen tot 500 graden Celsius te bereiken. Het KAUST-onderzoek toont aan dat de reactie kan worden bereikt met alleen het fotothermische effect van daglicht.

De katalysator is opgebouwd uit nikkel nanodeeltjes op een laag bariumtitanaat. Het vangt het licht op een manier die elektronen in hoge energietoestanden schopt, bekend als 'hete elektronen'. Deze elektronen initiëren vervolgens de chemische reactie die CO . stuurt ₂ terug in methaan. Onder optimale omstandigheden, de katalysator genereert methaan met bijna 100% selectiviteit en met een indrukwekkende efficiëntie.

Een groot voordeel is het brede spectrum van het gebruikte licht, inclusief alle zichtbare golflengten, naast de ultraviolette stralen waartoe veel katalysatoren beperkt zijn. Dit is enorm belangrijk aangezien ultraviolet licht slechts 4 tot 5% van de beschikbare energie in zonlicht omvat.

"We zijn er sterk van overtuigd dat onze strategie, in combinatie met andere bestaande CO ₂ vangtechnieken, zou een duurzame manier kunnen zijn om dit schadelijke broeikasgas om te zetten in waardevolle brandstof, " zegt Mateo.

Alle brandstoffen gemaakt van CO ₂ zou dat gas nog steeds vrijgeven als ze worden verbrand, maar de CO ₂ herhaaldelijk van de atmosfeer naar brandstof kan worden gerecycled en weer terug, in plaats van voortdurend vrij te komen door verbranding van fossiele brandstoffen.

De onderzoekers willen ook de toepassingen van hun aanpak verbreden. "Een strategie voor ons toekomstig onderzoek is om over te gaan naar de productie van andere waardevolle chemicaliën, zoals methanol, " zegt Jorge Gascón, die het onderzoeksteam leidde. De onderzoekers zien ook mogelijkheden om lichtenergie te gebruiken voor de productie van chemicaliën die geen koolstof bevatten, zoals ammoniak (NH ₃ ).