Fotosynthese is in de natuur heel gewoon. Planten gebruiken licht om water en kooldioxide uit de lucht om te zetten in glucose en zuurstof. In energie dus. Tot nu toe was niet echt mogelijk dit proces volledig na te bootsen. Onderzoekers van de Universiteit van Cambridge en het team van professor Kazunari Domen van de Universiteit van Tokio zijn er nu in geslaagd een nieuw systeem te ontwikkelen dat een belangrijke stap in de richting van kunstmatige fotosynthese betekent. Deze “fotosheet”-technologie zet zonlicht, kooldioxide en water om in zuurstof en mierenzuur. Dat is een brandstof die direct kan worden gebruikt, of kan worden omgezet in waterstof.
Het gebruik van zonne-energie om kooldioxide om te zetten in brandstof is een veelbelovende manier om de koolstofuitstoot in de atmosfeer te verminderen en af te stappen van fossiele brandstoffen. De productie van deze schone brandstoffen zonder ongewenste bijproducten is echter een uitdaging, benadrukken de onderzoekers.
“Het was moeilijk om met een hoge mate van selectiviteit een kunstmatige fotosynthese te bereiken, zodat zoveel mogelijk zonlicht wordt omgezet in de gewenste brandstof en er niet veel afval overblijft”, zegt Dr. Qian Wang van het Cambridge Department of Chemistry. Zij is de hoofdauteur van de studie, die werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Energy. Daarnaast kan de opslag van gasvormige brandstoffen en de scheiding van bijproducten gecompliceerd zijn, legt professor Erwin Reisner, de hoofdauteur van het onderzoek, uit. “We willen op het punt komen dat we schoon een vloeibare brandstof kunnen produceren die ook gemakkelijk kan worden opgeslagen en getransporteerd”.
Uitgangspunt: kunstmatig blad
Reeds in 2019 ontwikkelden onderzoekers onder leiding van professor Reisner een zonnereactor op basis van een “kunstmatig blad”. Hierbij wordt ook gebruik gemaakt van zonlicht, kooldioxide en water om een brandstof te produceren. Dat is het zogenaamde synthesegas. De nieuwe technologie die nu is ontwikkeld is vergelijkbaar met het kunstblad en gedraagt zich op een vergelijkbare manier. Het functioneert echter anders en produceert mierenzuur.
Terwijl het kunstmatige blad gebruikmaakt van componenten uit zonnecellen, heeft het nieuwe systeem deze componenten niet nodig. Het is uitsluitend gebaseerd op fotokatalysatoren. Deze zitten in een zogenaamde fotokatalysatorfolie, aldus de wetenschappers. De films bestaan uit halfgeleiderpoeders die eenvoudig en goedkoop in grote hoeveelheden kunnen worden geproduceerd.
“Bovendien is deze nieuwe technologie robuuster. Ze produceert schone brandstof die gemakkelijk is op te slaan. Het heeft het potentieel om te worden gebruikt voor de grootschalige productie van brandstofproducten”.
Mierenzuur als brandstof
De testunit meet slechts 20 vierkante centimeter. Maar volgens de onderzoekers zou het relatief eenvoudig moeten zijn om deze tot op enkele vierkante meters te schalen. Het draadloze systeem zou bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden op “energiecomplexen” zoals zonneparken, om schone brandstof te produceren met behulp van zonlicht en water.
Mierenzuur kan ook chemisch worden omgezet in verschillende soorten brandstof. “We waren verbaasd hoe goed het werkt in termen van selectiviteit. Er zijn bijna geen bijproducten,” zegt Wang. “Veelal werken de dingen niet zo goed als verwacht. Maar dit was een zeldzaam geval waarin het eigenlijk beter werkte.¨
Doel: diverse solare brandstoffen
De kobaltkatalysator voor het omzetten van kooldioxide is eenvoudig te produceren en relatief stabiel. Deze technologie zal gemakkelijker op te schalen zijn dan het kunstmatige blad. Maar de efficiëntie moet nog worden verbeterd voordat commercieel gebruik kan worden overwogen. De onderzoekers experimenteren met een aantal verschillende katalysatoren om zowel de stabiliteit als de efficiëntie te verbeteren. “We hopen dat deze technologie de weg vrijmaakt voor een duurzame en praktische productie van zonnebrandstoffen”, zegt Reisner.
Lees via deze link ook andere IO_artikelen over de ontwikkeling van alternatieve brandstoffen.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
