Een veelgebruikt gas dat momenteel wordt geproduceerd uit fossiele brandstoffen, kan in plaats daarvan worden gemaakt door een 'kunstmatig blad' dat alleen zonlicht gebruikt, kooldioxide en water, en die uiteindelijk kunnen worden gebruikt om een ​​duurzaam alternatief voor benzine op vloeibare brandstof te ontwikkelen.

Het CO2-neutrale apparaat zet een nieuwe maatstaf op het gebied van zonnebrandstoffen, nadat onderzoekers van de Universiteit van Cambridge hadden aangetoond dat het het gas, syngas genaamd, op een duurzame en eenvoudige manier direct kan produceren.

In plaats van op fossiele brandstoffen te rijden, het kunstblad wordt aangedreven door zonlicht, hoewel het nog steeds efficiënt werkt op bewolkte en bewolkte dagen. En in tegenstelling tot de huidige industriële processen voor de productie van syngas, het blad geeft geen extra kooldioxide af aan de atmosfeer. De resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift Natuurmaterialen .

Syngas wordt momenteel gemaakt van een mengsel van waterstof en koolmonoxide, en wordt gebruikt om een ​​reeks goederen te produceren, zoals brandstoffen, geneesmiddelen, kunststoffen en meststoffen.

"Je hebt misschien nog nooit van syngas zelf gehoord, maar elke dag, je consumeert producten die ermee zijn gemaakt. Het duurzaam kunnen produceren zou een cruciale stap zijn in het sluiten van de wereldwijde koolstofkringloop en het opzetten van een duurzame chemische en brandstofindustrie, " zei senior auteur professor Erwin Reisner van de scheikunde van Cambridge, die zeven jaar heeft gewerkt aan dit doel.

Het apparaat dat Reisner en zijn collega's hebben gemaakt, is geïnspireerd op fotosynthese - het natuurlijke proces waarbij planten de energie uit zonlicht gebruiken om koolstofdioxide in voedsel om te zetten.

Op het kunstmatige blad, twee lichtabsorbers, vergelijkbaar met de moleculen in planten die zonlicht oogsten, worden gecombineerd met een katalysator gemaakt van het natuurlijk voorkomende element kobalt.

Wanneer het apparaat in water wordt ondergedompeld, één lichtabsorbeerder gebruikt de katalysator om zuurstof te produceren. De andere voert de chemische reactie uit die kooldioxide en water reduceert tot koolmonoxide en waterstof, het syngasmengsel vormen.

Als een toegevoegde bonus, de onderzoekers ontdekten dat hun lichtabsorbers zelfs werken bij weinig zonlicht op een regenachtige of bewolkte dag.

"Dit betekent dat je niet beperkt bent tot het gebruik van deze technologie alleen in warme landen, of alleen het proces tijdens de zomermaanden te laten werken, " zei promovendus Virgil Andrei, eerste auteur van het artikel. "Je zou het kunnen gebruiken van zonsopgang tot zonsondergang, ergens in de wereld."

Het onderzoek is uitgevoerd in het Christian Doppler Laboratory for Sustainable SynGas Chemistry van de afdeling Chemie van de universiteit. Het werd medegefinancierd door de Oostenrijkse regering en het Oostenrijkse petrochemische bedrijf OMV, dat op zoek is naar manieren om zijn bedrijf duurzamer te maken.

"OMV is al zeven jaar een fervent voorstander van het Christian Doppler Laboratory. Het fundamentele onderzoek van het team om syngas te produceren als basis voor vloeibare brandstof op een koolstofneutrale manier is baanbrekend, " zei Michael-Dieter Ulbrich, Senior Adviseur bij OMV.

Er zijn ook andere 'kunstmatige blad'-apparaten ontwikkeld, maar deze produceren meestal alleen waterstof. De Cambridge-onderzoekers zeggen dat de reden dat ze erin geslaagd zijn hun syngas duurzaam te laten produceren, is te danken aan de combinatie van materialen en katalysatoren die ze gebruikten.

Deze omvatten ultramoderne perovskiet-lichtabsorbers, die een hoge fotospanning en elektrische stroom leveren om de chemische reactie aan te drijven waardoor kooldioxide wordt gereduceerd tot koolmonoxide, in vergelijking met lichtabsorbers gemaakt van silicium of kleurstofgevoelige materialen. De onderzoekers gebruikten ook kobalt als hun moleculaire katalysator, in plaats van platina of zilver. Kobalt is niet alleen goedkoper, maar het is beter in het produceren van koolmonoxide dan andere katalysatoren.

Het team kijkt nu naar manieren om hun technologie te gebruiken om een ​​duurzaam alternatief voor benzine te produceren op vloeibare brandstof.

Syngas wordt al gebruikt als bouwsteen bij de productie van vloeibare brandstoffen. "Wat we hierna willen doen, in plaats van eerst syngas te maken en het vervolgens om te zetten in vloeibare brandstof, is om de vloeibare brandstof in één stap te maken van kooldioxide en water, " zei Reisner, die ook een Fellow van St John's College is.

Hoewel er grote vooruitgang wordt geboekt bij het opwekken van elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen zoals windenergie en fotovoltaïsche Reisner zegt dat de ontwikkeling van synthetische benzine van vitaal belang is, aangezien elektriciteit momenteel slechts aan ongeveer 25% van onze totale wereldwijde energievraag kan voldoen. "Er is een grote vraag naar vloeibare brandstoffen om zwaar transport aan te drijven, scheepvaart en luchtvaart duurzaam, " hij zei.

"We streven naar het duurzaam maken van producten zoals ethanol, die gemakkelijk als brandstof kan worden gebruikt, " zei Andrei. "Het is een uitdaging om het in één stap uit zonlicht te produceren met behulp van de koolstofdioxide-reductiereactie. Maar we zijn ervan overtuigd dat we de goede kant op gaan, en dat we de juiste katalysatoren hebben, dus we denken dat we in de nabije toekomst een apparaat kunnen produceren dat dit proces kan demonstreren."