Közvetlenül sikerült tudósoknak mesterséges üzemanyagot előállítani napfény segítségével, ami felválthatja a fosszilis tüzelőanyagokat

A kutatók egy napenergiával működő technológiát fejlesztettek ki, amely a szén-dioxidot és a vizet folyékony üzemanyagokká alakítja, amelyek...

A kutatók egy napenergiával működő technológiát fejlesztettek ki, amely a szén-dioxidot és a vizet folyékony üzemanyagokká alakítja, amelyeket közvetlenül az autóba tölthetünk be cseppfolyós üzemanyagként.

A Cambridge-i Egyetem kutatói a fotoszintézis erejét kihasználva egyetlen lépésben alakították át a CO2-t, a vizet és a napfényt többszénhidrogén tüzelőanyaggá - etanollá és propanollá.

Ezek az üzemanyagok nagy energiasűrűséggel rendelkeznek, és könnyen tárolhatók vagy szállíthatók.

A fosszilis tüzelőanyagoktól eltérően ezek a napenergia-üzemanyagok nettó nulla szén-dioxid-kibocsátásúak és teljesen megújulóak, és a legtöbb bioetanollal ellentétben egyetlen mezőgazdasági területet sem vonnak el az élelmiszertermeléstől.

Míg a technológia még laboratóriumi méretű, a kutatók szerint "mesterséges leveleik" fontos lépést jelentenek a fosszilis tüzelőanyag-alapú gazdaságról való átmenetben. Az eredményekről a Nature Energy folyóiratban számoltak be. (1)

A bioetanolt a benzin tisztább alternatívájaként hirdetik, mivel fosszilis tüzelőanyagok helyett növényekből állítják elő. Manapság a legtöbb autó és teherautó legfeljebb 10% etanolt (E10 üzemanyag) tartalmazó benzinnel működik. Az Egyesült Államok a világ legnagyobb bioetanol-termelője: az Egyesült Államok Mezőgazdasági Minisztériuma szerint az USA-ban termesztett kukorica csaknem 45%-át etanolgyártásra használják fel.

"Az etanolhoz hasonló bioüzemanyagok ellentmondásos technológiának számítanak, nem utolsósorban azért, mert olyan mezőgazdasági területeket foglalnak el, ahol élelmiszert termelhetnének," - mondta Erwin Reisner professzor, a kutatás vezetője.

Reisner kutatócsoportja a Yusuf Hamied Kémiai Tanszéken több éve fejleszt fenntartható, nulla szén-dioxid-kibocsátású tüzelőanyagokat, amelyeket a fotoszintézis ihletett - az a folyamat, amellyel a növények a napfényt táplálékká alakítják - mesterséges levelek felhasználásával.

Eddig ezekből a mesterséges levelekből csak egyszerű vegyi anyagokat tudtak előállítani, mint például a szintézisgáz, hidrogén és szén-monoxid keveréke, amelyet üzemanyagok, gyógyszerek, műanyagok és műtrágyák előállítására használnak. De ahhoz, hogy a technológia praktikusabb legyen, összetettebb vegyi anyagokat is képesnek kell lenniük közvetlenül egyetlen lépésben létrehozni napenergia segítségével.

Most már a mesterséges levél közvetlenül képes tiszta etanolt és propanolt előállítani anélkül, hogy szükség lenne a szintézisgáz előállításának közbenső lépésére.

A kutatók réz- és palládiumalapú katalizátort fejlesztettek ki. A katalizátort oly módon optimalizálták, hogy a mesterséges levél bonyolultabb vegyi anyagokat, különösen több szénatomos alkoholt, etanolt és n-propanolt termeljen. Mindkét alkohol nagy energiasűrűségű üzemanyag, amely könnyen szállítható és tárolható.

Más tudósok képesek voltak hasonló vegyi anyagokat előállítani elektromos áram felhasználásával, de ez az első alkalom, hogy ilyen összetett vegyszereket mesterséges levéllel, csak a Nap energiájának felhasználásával hoztak létre.

"A mesterséges levelek napfény besugárzása, valamint a szén-dioxidból és vízből folyékony üzemanyag kinyerése csodálatos kémia," - mondta Dr. Motiar Rahaman, a tanulmány első szerzője.

"Általában, amikor egy mesterséges levéleszközzel megpróbálják a CO2-t más vegyi termékké alakítani, szinte mindig szén-monoxidot vagy szintézisgázt kapnak, de itt már csak a Nap erejét felhasználva tudtunk praktikus folyékony üzemanyagot előállítani. Ez egy izgalmas előrelépés, amely teljesen új utakat nyit meg munkánkban."

Jelenleg a készülék a koncepció bizonyítéka, és csak szerény hatékonyságot mutat. A kutatók azon dolgoznak, hogy optimalizálják a mesterséges leveleket, hogy jobban elnyeljék a napfényt, és optimalizálják a katalizátort, hogy több napfényt tudjon üzemanyaggá alakítani. További munkára lesz szükség annak érdekében is, hogy az eszköz méretezhető legyen, hogy nagy mennyiségű üzemanyagot tudjon termelni.

"Bár még mindig van mit tenni, megmutattuk, mire képesek ezek a mesterséges levelek," - mondta Reisner. "Fontos megmutatni, hogy túlléphetünk a legegyszerűbb molekulákon, és olyan dolgokat készíthetünk, amelyek közvetlenül hasznosak a fosszilis tüzelőanyagokról való átállás során." (2)

(1) - https://www.nature.com/articles/
(2) - https://www.cam.ac.uk/research/