„Urządzenie” neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla ustanawia nowy punkt odniesienia w dziedzinie paliw słonecznych po tym, jak naukowcy z University of Cambridge wykazali, że mogą bezpośrednio wytwarzać gaz  zwany gazem syntezowym w zrównoważony i prosty sposób.

Sztuczny liść jest zasilany przez światło słoneczne, chociaż nadal działa skutecznie w pochmurne dni. W przeciwieństwie do obecnych przemysłowych procesów produkcji gazu syntezowego liść nie uwalnia żadnego dodatkowego dwutlenku węgla do atmosfery. Gaz syntezowy jest obecnie wytwarzany z mieszaniny wodoru i tlenku węgla i jest wykorzystywany do produkcji m.in. paliwa, farmaceutyków, tworzyw sztucznych i nawozów.

– Być może nie słyszałeś o samym gazie syntezowym, ale każdego dnia spożywasz produkty, które zostały stworzone przy jego użyciu. Możliwość jego produkcji w sposób zrównoważony byłaby kluczowym krokiem w zamknięciu globalnego obiegu węgla i ustanowieniu zrównoważonego przemysłu chemicznego i paliwowego – mówi profesor Erwin Reisner z Wydziału Chemii Cambridge, który spędził siedem lat, pracując nad tym projektem. Urządzenie wyprodukowane przez Reisnera i jego współpracowników jest inspirowane fotosyntezą – naturalnym procesem, w którym rośliny wykorzystują energię słoneczną do przekształcania dwutlenku węgla w żywność. Na sztucznym liściu są dwa pochłaniacze światła, podobne do cząsteczek w roślinach zbierających światło słoneczne. Gdy urządzenie zanurza się w wodzie, jeden pochłaniacz światła wykorzystuje katalizator do produkcji tlenu. Drugi przeprowadza reakcję chemiczną, która redukuje dwutlenek węgla i wodę do tlenku węgla i wodoru, tworząc mieszaninę gazu syntezowego. Jako dodatkowy bonus naukowcy odkryli, że ich pochłaniacze światła działają nawet przy niskim poziomie światła słonecznego w deszczowy lub pochmurny dzień.         

– Oznacza to, że nie jesteś ograniczony do korzystania z tej technologii tylko w ciepłych krajach lub do obsługi procesu w miesiącach letnich. Możesz jej używać od świtu do zmierzchu w dowolnym miejscu na świecie – zapewnia doktor nauk medycznych, student Virgil Andrei. Badania przeprowadzono w Christian Doppler Laboratory for Sustainable SynGas Chemistry na uniwersyteckim wydziale chemii. Zostały współfinansowane przez rząd austriacki i austriacką firmę petrochemiczną OMV, która szuka sposobów na zwiększenie stabilności swojej działalności. – OMV był gorącym zwolennikiem Christian Doppler Laboratory od siedmiu lat. Podstawowe badania zespołu nad produkcją gazu syntezowego jako podstawy dla paliw płynnych w sposób neutralny pod względem emisji dwutlenku węgla są przełomowe – zauważa Michael-Dieter Ulbrich, starszy doradca w OMV.

Opracowano również inne „sztuczne liście”, ale zwykle wytwarzają one jedynie wodór. Naukowcy z Cambridge twierdzą, że powodem, dla którego byli w stanie produkować gaz syntezowy w sposób zrównoważony, jest połączenie materiałów i katalizatorów, których użyli. Należą do nich najnowocześniejsze absorbery światła perowskitowe, które zapewniają wysokie napięcie fotowoltaiczne i prąd elektryczny do napędzania reakcji chemicznej, w wyniku której dwutlenek węgla jest redukowany do tlenku węgla, w porównaniu do absorberów światła wykonanych z krzemu lub materiałów uczulonych na barwniki. Naukowcy zastosowali także kobalt jako katalizator molekularny zamiast platyny lub srebra. Kobalt jest nie tylko tańszy, ale lepiej produkuje tlenek węgla niż inne katalizatory.

Zespół szuka obecnie sposobów na wykorzystanie technologii do stworzenia zrównoważonej alternatywy dla paliw płynnych do benzyny. Gaz syntezowy jest już wykorzystywany jako element składowy w produkcji paliw płynnych.

– To, co chcielibyśmy zrobić dalej, zamiast najpierw wytwarzać gaz syntezowy, a następnie przekształcać go w paliwo płynne, to zrobić płynne paliwo w jednym kroku z dwutlenku węgla i wody – zapowiada Reisner. Chociaż poczyniono ogromne postępy w wytwarzaniu energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii, takich jak energia wiatrowa i fotowoltaika, to rozwój syntetycznej benzyny jest niezbędny, ponieważ energia elektryczna może obecnie zaspokoić jedynie około 25% naszego globalnego zapotrzebowania na energię. Istnieje duże zapotrzebowanie na paliwa ciekłe do zrównoważonego transportu ciężkiego, żeglugi i lotnictwa.

– Naszym celem jest zrównoważone tworzenie takich produktów, jak etanol, który z łatwością można wykorzystać jako paliwo. Wytwarzanie go w jednym kroku ze światła słonecznego przy użyciu reakcji redukcji dwutlenku węgla jest trudne. Jesteśmy jednak przekonani, że zmierzamy we właściwym kierunku i że mamy odpowiednie katalizatory, więc wierzymy, że będziemy w stanie wyprodukować urządzenia, które mogą zademonstrować ten proces w najbliższej przyszłości – kończy Andrei.