Egy új katalizátor nagy előrelépést jelent a mesterséges fotoszintézisnek

A Toronto Egyetem kutatói egy új katalizátort fejlesztettek ki, ami egy lépéssel közelebb hoz minket a mesterséges fotoszintézishez – ami egy olyan rendszer, ami a növényekhez hasonlóan megújuló energiával energiatároló vegyületeket képez a szén-dioxiból. Azzal, hogy lehetővé teszi a szén kibocsátás csökkenését és a nap és szél energia tárolását, a felfedezés két fronton is támadja a klímaváltozást.

“A szén csapdába ejtése és a megújuló energia sokat ígérő technológiák, azonban vannak problémáik,” mondta Phil De Luna, a felfedezésről készült tanulmány egyik szerzője. “A szén csapdába ejtésének technológiája drága és a nap és szél energia pedig időszakos. Az energiát akkumulátorokban raktározhatjuk el, viszont az akkumulátor nem fog meghajtani egy repülőt az atlanti óceánon keresztül vagy felfűteni az otthonainkat télen: ehhez tüzelőanyagokra van szükség.”

A kutató csapat azt célozta meg, hogy mindkét problémára megoldást találjanak és ezért a természethez fordultak inspirációért. Egy olyan mesterséges rendszert készítenek, ami a növényeket és más fotoszintetikus élőlényeket utánoz úgy, hogy a napfény segítségével a szén-dioxidot és a vizet az emberek számára tüzelőanyagként használható molekulákká alakítsa.

Mint ahogy a növényeknél is történik, ez a rendszer is két összekötött kémiai reakción alapul. Az egyiknél a vizet (H2O) protonokra és oxigén gázra bontják és a másiknál szén-dioxidot (CO2) szén-monoxiddá (CO) alakítják.  A szén-monoxidot ezek után az iparban használt eljárásokkal szénhidrogén tüzelőanyagokká tudják alakítani.

“Az elmúlt pár évben, a csapatunk egy nagyon magas teljesítményű katalizátort fejlesztett ki, mind az első mind pedig a második reakcióhoz,” mondta Xueli Zheng, a tanulmány egyik társszerzője. “Viszont, amíg a második katalizátor semleges körülmények között működik, addig az elsőhöz magas pH szintre van szükség, hogy a legaktívabb legyen.”

Ez azt jelenti, hogy amikor a kettőt egyszerre használják a folyamat nem olyan hatásfokú mint amilyen lehetne, mivel energia veszteség történik a töltéssel rendelkező részecskék két rendszer közötti mozgásakor.

A csapat úgy tűnik megoldást talált a problémára. Egy új katalizátort hoztak létre az első reakcióhoz, ami a korábbihoz képest semleges pH mellet működik a legjobban. És mindezek felett minden korábban vizsgált katalizátornál jobban teljesít.

“Alacsonyabb a túlfeszültsége ami azt jelenti, hogy kevesebb elektromos energiára van szükség a reakció előrehajtásához,” mondta Zheng. “Ezen felül, egy olyan katalizátor megléte, ami ugyanazon semleges pH mellet működik mint a CO2-t átalakító reakció, csökkenti a cella teljes potenciálját.”

A tanulmányukban a csapat arról számol be, hogy az elektromosság kémiai energiává történő átalakítása a rendszer segítségével 64%-os teljesítménnyel valósult meg. Ami az eddigi legjobb hatásfok, amit valaha elértek – a korábbi legjobb rendszer 54%-os hatásfokú volt.

Az új katalizátor nikkelből, vasból, kobaltból és foszforból áll, amik mind olcsónak számító elemek és nincsenek komoly veszélyeik, emelett szoba hőmérsékleten is aránylag olcsó berendezésekkel előállíthatóak.

Az új katalizátorral felfegyverkezve a kutatók már azon dolgoznak, hogy elkészítsék a mesterséges fotoszintézis rendszerük kísérleti prototípusát. A céljuk az, hogy például a földgázt elégető üzemek füstjéből nyerjék ki a szén-dioxidot és a rendszer segítségével hatékonyan alakítsák azt folyékony tüzelőanyaggá.

“Meg kell határoznunk a megfelelő üzemi körülményeket: folyási sebesség, elektrolit koncentráció, elektromos poteciál,” mondta De Luna. “Ettől a ponttól ez már mind mérnöki dolog.”

A csapat felfedezése bekerült a NRG COSIA Carbon XPRIZE verseny középdöntőjébe, amivel 20 millió dollárt nyerhet az a projekt, ami a legjobb technológiával áll elő az erőművek álltal kibocsátott szén dioxidot értékes termékekké való átalakítására.

“Nagyon izgalmas látni a terület gyors fejlődését,” mondta De Luna. “Minden heti vagy havi konferencián, mait a laborunkban tartunk, az emberek folyamatosan rekordokat döntögetnek. Még mindig rengeteg lehetőség van a javulásra, viszont én őszintén élvezem a kutatást és szén kibocsátás annyira nagy szám, hogy bármilyen kissebb javítás valódi sikernek érződik.”

Forrás: nature.com

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.