Door zonne-energie aangedreven synthesegas zou koolstofdioxide kunnen recyclen tot brandstoffen en nuttige chemicaliën, heeft een internationaal team van onderzoekers aangetoond.

"Als we syngas kunnen genereren uit koolstofdioxide met alleen zonne-energie, kunnen we dit gebruiken als een voorloper voor methanol en andere chemicaliën en brandstoffen. Dit zal de totale CO₂ aanzienlijk verminderen. emissies", zegt Zetian Mi, hoogleraar elektrische en computertechniek aan de Universiteit van Michigan, die de studie leidde die werd gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Science .

Syngas, dat voornamelijk bestaat uit waterstof en koolmonoxide met een beetje methaan, wordt gewoonlijk met behulp van elektriciteit gewonnen uit fossiele brandstoffen. Bovendien worden vaak giftige chemicaliën toegevoegd om het proces efficiënter te maken.

"Ons nieuwe proces is eigenlijk vrij eenvoudig, maar het is opwindend omdat het niet giftig is, het is duurzaam en het is zeer kosteneffectief", zegt Roksana Rashid, eerste auteur van de studie, die de experimenten uitvoerde als doctoraalstudent in elektrotechniek en computertechniek aan McGill University in Canada.

Om een ​​proces te creëren dat alleen zonne-energie gebruikt, overwon de groep van Mi de moeilijkheid om kooldioxidemoleculen te splitsen, die tot de meest stabiele in het universum behoren. Hiervoor doorspekten ze een woud van halfgeleider nanodraden met nanodeeltjes. Die nanodeeltjes, gemaakt van goud bedekt met chroomoxide, trokken de koolstofdioxidemoleculen aan en verbogen ze, waardoor de bindingen tussen koolstof en zuurstof werden verzwakt.

De nanodraden van galliumnitride gebruikten de lichtenergie om elektronen vrij te maken en de positief geladen ruimtes die ze achterlaten, ook wel gaten genoemd. De gaten splitsen watermoleculen en scheiden de protonen (waterstof) van de zuurstof. Vervolgens splitsen de elektronen bij de metaalkatalysatoren het kooldioxide, waarbij koolmonoxide wordt geproduceerd en soms de vrije waterstof wordt aangezogen om methaan te maken. Er zijn processen in ontwikkeling om de zuurstof van de andere gassen te scheiden.

"Onze technologie werpt licht op hoe gedistribueerde syngasproductie uit lucht, water en zonlicht kan worden opgebouwd", zegt Baowen Zhou, co-corresponderende auteur van de studie met Mi en een voormalig postdoctoraal onderzoeker in Mi's laboratorium aan de McGill University en U-M.

Door de verhouding van goud tot chroomoxide in de nanodeeltjes te veranderen, kon het team van Mi de relatieve hoeveelheden waterstof en koolmonoxide die in de reactie worden geproduceerd, beheersen. Dit is belangrijk omdat de verhouding tussen waterstof en koolmonoxide van invloed is op hoe gemakkelijk het is om een ​​soort brandstof of chemische stof te produceren.

"Wat verrassend is, is de synergie tussen goud en chroomoxide om de CO₂ reductie tot syngas efficiënt en afstembaar. Dat was niet mogelijk met een enkele metaalkatalysator," zei Mi. "Dit opent veel opwindende kansen die voorheen niet werden overwogen."

Mi's afstembare syngas-opstelling maakt gebruik van standaard industriële productieprocessen en is schaalbaar. Hoewel Rashid in dit experiment gedestilleerd water gebruikte, wordt verwacht dat zeewater en andere elektrolytoplossingen ook werken, en Mi heeft ze gebruikt in gerelateerde watersplitsingsstudies.

"De halfgeleider die we gebruiken als lichtabsorbeerder is gebaseerd op silicium en galliumnitride, de meest geproduceerde halfgeleiders, en we gebruiken heel weinig materiaal voor galliumnitride. Elke nanodraad is ongeveer één micrometer dik," zei Mi.

Het volgende doel van Mi is om de efficiëntie van het apparaat te verhogen, die momenteel op 0,89% staat. Wanneer 10% van de lichtenergie wordt omgezet in chemische energie, hoopt hij dat de technologie de technologie kan gebruiken voor hernieuwbare energie, vergelijkbaar met zonnecellen. + Verder verkennen

'Groen methaan' uit kunstmatige fotosynthese kan CO2 recyclen