Устройство, разработанное командой из Кембриджского университета, является значительным шагом к достижению искусственного фотосинтеза - процесса, имитирующего способность растений преобразовывать солнечный свет в энергию. Он основан на передовой технологии «фотошаблонов» и преобразует солнечный свет, углекислый газ и воду в кислород и муравьиную кислоту.
хранимое топливо, которое можно либо использовать напрямую, либо преобразовать в водород.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Energy, представляют новый метод преобразования диоксида углерода в чистое топливо. Беспроводное устройство можно масштабировать и использовать на энергетических «фермах», подобных солнечным, для производства чистого топлива с использованием солнечного света и воды.
Использование солнечной энергии для преобразования углекислого газа в топливо - многообещающий способ сократить выбросы углерода и отказаться от ископаемого топлива. Однако произвести это чистое топливо без нежелательных побочных продуктов сложно.
"Было сложно добиться искусственного фотосинтеза с высокой степенью селективности,
так что вы превращаете как можно больше солнечного света в желаемое топливо, а не останетесь с большим количеством отходов ", - сказал первый автор доктор Цянь Ван из Кембриджского химического факультета.
«Кроме того, хранение газообразного топлива и отделение побочных продуктов могут быть затруднены -
мы хотим подойти к моменту, когда мы сможем чисто производить жидкое топливо, которое также можно легко хранить и транспортировать », - сказал профессор Эрвин Рейснер, старший автор статьи.
В 2019 году исследователи из группы Рейснера разработали солнечный реактор на основе конструкции «искусственного листа», который также использует солнечный свет.
двуокись углерода и вода для производства топлива, известного как синтез-газ. Новая технология выглядит и ведет себя очень похоже на искусственный лист, но работает иначе и производит муравьиную кислоту.
В то время как в искусственном листе использовались компоненты от солнечных батарей,
новое устройство не требует этих компонентов и полагается исключительно на фотокатализаторы, встроенные в лист, для производства так называемого листа фотокатализатора. Листы состоят из полупроводниковых порошков, которые можно легко и экономично изготавливать в больших количествах.
К тому же, эта новая технология более надежна и позволяет получать чистое топливо, которое легче хранить, и демонстрирует потенциал для производства топливных продуктов в больших масштабах. Размер тестового образца составляет 20 квадратных сантиметров, но исследователи говорят, что относительно несложно масштабировать его до нескольких квадратных метров. К тому же,
муравьиная кислота может накапливаться в растворе и химически превращаться в различные виды топлива.
«Мы были удивлены, насколько хорошо он работал с точки зрения избирательности - он почти не производил побочных продуктов», - сказал Ван. «Иногда что-то работает не так хорошо, как вы ожидали, но это был редкий случай, когда это действительно сработало лучше».
Углерод- Катализатор на основе кобальта для превращения диоксида прост в изготовлении и относительно стабилен. Хотя эту технологию будет легче масштабировать, чем искусственный лист, эффективность все равно необходимо повысить, прежде чем можно будет рассматривать какое-либо коммерческое развертывание.
Исследователи экспериментируют с рядом различных катализаторов для повышения стабильности и эффективности.
Текущие результаты были получены в сотрудничестве с командой профессора Казунари Домен из Токийского университета, соавтора исследования.
В настоящее время исследователи работают над дальнейшей оптимизацией системы и повышением эффективности.
Кроме того, они изучают другие катализаторы для использования в устройстве для получения различных видов солнечного топлива.
«Мы надеемся, что эта технология проложит путь к устойчивому и практичному производству солнечного топлива», - сказал Рейснер.