Naprava na sončni pogon lahko iz ogljikovega dioksida in vode ustvari dragocene energetsko bogate molekule.
Prispevek na spletnem portalu revije MIT Technology Review poroča o novi vrsti umetnega lista, ki s pomočjo sončne energije pretvarja ogljikov dioksid in vodo v ogljikovodike. Ta naprava, ki posnema fotosintezo, uporablja specializiran bakrov nanokatalizator (nano cvet) in silicijeva nanovlakna za proizvodnjo etilena in etana. Cilj raziskovalcev je ustvariti čistejši in cenejši način za pridobivanje goriv, kemikalij in plastike z recikliranjem ogljikovega dioksida. Čeprav je tehnologija obetavna, jo je treba še izboljšati za komercialno uporabo glede na učinkovitost in vzdržljivost.
Glavne teme v prispevku:
- Razvoj umetnega lista za proizvodnjo ogljikovodikov: Raziskovalci so razvili napravo, ki posnema fotosintezo in s pomočjo sončne svetlobe pretvarja ogljikov dioksid in vodo v energijsko bogate molekule, natančneje ogljikovodike, kot sta etilen in etan.
- Potencial za trajnostno proizvodnjo goriv in kemikalij: Tehnologija obeta cenejši in čistejši način za pridobivanje goriv, kemikalij in plastike, s potencialom za ogljično nevtralnost, če se uporablja zajet ogljikov dioksid.
- Inovativne tehnologije v napravi: Ključni inovaciji vključujeta uporabo specializiranega katalizatorja iz bakrenih nano cvetov (angl. Nanoflower) in energijsko učinkovitejši način pridobivanja elektronov z uporabo silicijevih nanovlaken za predelavo glicerola namesto vode.
- Trenutni status in prihodnji izzivi: Čeprav je poskusni sistem deloval, tehnologija še ni dovolj učinkovita in vzdržljiva za komercialno uporabo. Vendar raziskovalci ostajajo optimistični glede njenega potenciala v naslednjih 5 do 10 letih.
Najpomembnejše ideje in dejstva v prispevku:
- Posnemanje fotosinteze za proizvodnjo goriva: Raziskovalci že vrsto let poskušajo ustvariti naprave, ki bi posnemale fotosintezo, proces, s katerim rastline s pomočjo sončne svetlobe in ogljikovega dioksida proizvajajo svojo hrano. Novi pristop se osredotoča na ustvarjanje energijsko bogatejših goriv, kot so ogljikovodiki.
- Proizvodnja etilena in etana: Skupini raziskovalcev je uspelo ustvariti napravo, ki proizvaja etilen in etan, kar dokazuje, da lahko umetni listi ustvarjajo ogljikovodike. To bi lahko ponudilo čistejšo alternativo tradicionalnim metodam sinteze goriv, ki vključujejo kombiniranje ogljikovega monoksida in vodika pri visokih temperaturah.
- Cilj ogljično nevtralnih goriv: Vodja raziskave Virgil Andrei z Univerze v Cambridgeu poudarja, da je končni cilj uporaba te tehnologije za ustvarjanje goriv, ki po zgorevanju ne puščajo škodljivega ogljičnega odtisa. Če bi se za proces uporabljal ogljikov dioksid, zajet iz zraka ali elektrarn, bi lahko bila proizvedena goriva ogljično nevtralna. Kot pravi Andrei: “Sčasoma želimo pridobivati ogljikov dioksid za proizvodnjo goriv in kemikalij, ki jih potrebujemo za industrijo in vsakdanje življenje… Končate tako, da posnemate naravni ogljikov cikel, zato ne potrebujete dodatnih fosilnih virov.”
- Inovativni katalizator iz bakrenih nano cvetov: Za dosego sinteze ogljikovodikov, ki je energijsko zahtevnejša od proizvodnje vodika, so raziskovalci uporabili specializiran katalizator, sestavljen iz drobnih cvetlicam podobnih bakrenih struktur (nano cvetovi). Na eni strani naprave se na površini teh nano cvetov kopičijo elektroni, ki se nato uporabijo za pretvorbo ogljikovega dioksida in vode v različne molekule, vključno z etilenom in etanom.
- Prilagodljivost nano cvetov: Andrei poudarja, da so te nano cvetne strukture prilagodljive in bi jih lahko nastavili za proizvodnjo širokega nabora molekul: “Odvisno od nanostrukture bakrenega katalizatorja lahko dobite zelo različne produkte.“
- Energijsko učinkovitejši vir elektronov z glicerolom: Na drugi strani naprave je ekipa razvila energijsko učinkovitejši način pridobivanja elektronov z uporabo svetlobo absorbirajočih silicijevih nanovlaken za predelavo glicerola namesto vode. Dodatna prednost tega procesa je proizvodnja uporabnih spojin, kot so glicerat, laktat in acetat, ki bi jih lahko uporabili v kozmetični in farmacevtski industriji.
- Potreba po izboljšavah za komercializacijo: Kljub uspešnemu preizkusu je naprava šele korak proti komercialno可行ljivemu viru goriva. Yanwei Lum z Nacionalne univerze v Singapurju opozarja, da “zmogljivost še vedno ni zadostna za praktične aplikacije. Še ni tam.” Andrei dodaja, da mora biti naprava bistveno bolj vzdržljiva in učinkovita za uporabo pri proizvodnji goriva.
- Optimizem glede prihodnosti: Kljub izzivom Andrei ostaja optimističen glede potenciala tehnologije v naslednjih petih do desetih letih: “Ta napredek smo dosegli, ker smo se osredotočili na bolj nekonvencionalne koncepte in najsodobnejše tehnike, ki prej niso bile na voljo… Precej sem optimističen, da bi ta tehnologija lahko zaživela v naslednjih petih do desetih letih.“
Zaključek:
Razvoj novega umetnega lista, ki lahko iz ogljikovega dioksida in vode proizvaja ogljikovodike, predstavlja pomemben korak naprej v iskanju trajnostnih alternativ za proizvodnjo goriv in kemikalij. Inovativne rešitve na področju katalizatorjev in pridobivanja elektronov kažejo na velik potencial te tehnologije za posnemanje naravnega ogljikovega cikla. Kljub potrebnim izboljšavam na področju učinkovitosti in vzdržljivosti, raziskovalci optimistično napovedujejo, da bi ta tehnologija lahko v prihodnjih letih postala pomemben del reševanja izzivov povezanih s podnebnimi spremembami in energetske odvisnosti od fosilnih goriv.