Wetenschap
Een hoogefficiënte fotokatalysator voor het omzetten van koolstofdioxide in milieuvriendelijke energie met behulp van zonlicht
Het onderzoeksteam van DGIST Professor In Su-il heeft een zeer efficiënte fotokatalysator ontwikkeld die zonlicht gebruikt om kooldioxide (CO2 ), de belangrijkste oorzaak van de opwarming van de aarde, in methaan (CH4 ) brandstof. Het onderzoeksteam verwacht dat deze milieuvriendelijke technologie kan worden toegepast op de Carbon Capture and Utilization (CCU) technologie.
Volgens een onderzoeksteam van een Amerikaanse universiteit heeft de huidige concentratie kooldioxide in de atmosfeer het hoogste niveau in 14 miljoen jaar bereikt, namelijk 420 ppm. De Wereld Meteorologische Organisatie (WMO) voorspelt dat 2024 een warmer jaar zal worden dan vorig jaar vanwege de invloed van El Niño.
Het World Economic Forum (WEF) heeft klimaatverandering geïdentificeerd als het grootste mondiale risico onder de 34 crises waarmee de wereld wordt geconfronteerd op gebieden als economie, samenleving, technologie en geopolitiek, die tot internationale conflicten zouden kunnen leiden als gevolg van de uitputting van hulpbronnen en polarisatie. Daarom is het verminderen van de concentratie van koolstofdioxide in de atmosfeer onvermijdelijk om crises als gevolg van klimaatverandering te overwinnen.
In dit opzicht is er actief onderzoek gedaan naar fotokatalysatoren, die in staat zijn de uitstoot van kooldioxide te verminderen en deze tegelijkertijd om te zetten in bruikbare brandstof. Onderzoek naar fotokatalysatoren heeft de aandacht getrokken als een veelbelovende Carbon Capture and Utilization (CCU)-technologie voor de toekomst, omdat ze uitsluitend afhankelijk zijn van zonlicht zonder de noodzaak van extra energie-input, zoals elektriciteit, waardoor hun systemen inherent eenvoudig zijn.
De meeste tot nu toe ontwikkelde fotokatalysatoren bestaan echter uit een kristalstructuur met regelmatig gerangschikte atomen. Onderzoekers zijn daarom geconfronteerd met beperkingen, zoals de voorwaarden waaronder de compositie zich moet houden aan de rangschikking van de samenstellende elementen, bij het ontwerpen van verschillende actieve plekken in de katalysator met behoud van de structuur.
Tegen deze achtergrond heeft het onderzoeksteam van Professor In Su-il bij DGIST een zeer efficiënte fotokatalysator ontwikkeld die verschillende actieve plekken omvat en de prestaties van de elektronenoverdracht verbetert.
Het onderzoeksteam vervaardigde een "amorfe structuur van In2 TiO5 fotokatalysator" met daarin "Ti 3+ actieve plekken die koolstofdioxide kunnen adsorberen en activeren' en 'In 3+ actieve plekken die water kunnen ontleden om protonen te leveren", en verwerkten het in molybdeendiselenide (MoSe2 ) nanolagen om de prestaties van de elektronenoverdracht te verbeteren.
Via structurele analyse bevestigde het onderzoeksteam dat de nieuw ontwikkelde fotokatalysator 51 keer meer methaan omzet dan het in de handel verkrijgbare TiO2 fotokatalysatoren.
Professor In Su-il van DGIST zei:"Dit onderzoek is van belang omdat het een hoogefficiënte fotokatalysatortechnologie heeft ontwikkeld met dubbele actieve vlekken. We zullen vervolgonderzoek uitvoeren naar het verbeteren van het energieverlies en de stabiliteit van amorfe fotokatalysatoren voor toekomstige commercialisering van de technologie."
Het onderzoek is gepubliceerd in het Chemical Engineering Journal .