Медные цветы с солнечными листьями имитируют фотосинтез, превращая солнечный свет в топливо:
Исследователи из Кембриджского университета и Калифорнийского университета в Беркли разработали инновационную систему, которая использует солнечный свет для преобразования углекислого газа (CO₂) в сложные углеводороды.
Этот прорыв может привести к более чистому производству энергии и более устойчивым производственным процессам.
Их подход сочетает в себе высокоэффективный солнечный элемент, изготовленный из материала, известного как перовскит, с крошечными медными катализаторами, получившими название «наноцветы».
Медные цветы с солнечными листьями
Традиционные методы преобразования CO₂ в основном приводят к образованию одноуглеродных молекул.
Однако эта новая технология может производить более сложные углеводороды, такие как этан и этилен — два важнейших компонента для жидкого топлива, пластмасс и других химикатов.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Catalysis , подчеркивает значительный шаг вперед в поиске устойчивых альтернатив ископаемому топливу.
Большинство доступных сегодня углеводородов добываются из ископаемых источников, что усугубляет экологические проблемы.
Однако команда Кембриджа-Беркли разработала систему, которая производит углеводороды, используя только CO₂, воду и глицерин — распространенный органический материал — без дополнительных выбросов углерода.
Это знаменует собой значительный прогресс в поиске чистых методов химического производства.
Исследователи черпали вдохновение в естественном процессе фотосинтеза, в ходе которого растения преобразуют солнечный свет в энергию.
«Наша цель состояла в том, чтобы выйти за рамки простого снижения выбросов CO₂ и создать более сложные углеводороды, что требует значительного количества энергии», — пояснил доктор Вирджил Андреи с химического факультета Кембриджского университета имени Юсуфа Хамида, ведущий автор исследования.
Для достижения своих результатов команда объединила перовскитный поглотитель света с медными наноцветами, преобразуя CO₂ в более сложные углеводороды.
Они также использовали электроды из кремниевой нанопроволоки, которые эффективно окисляют глицерин вместо расщепления воды, что является менее эффективным методом.
В результате этого сочетания была создана система, которая вырабатывает углеводороды примерно в 200 раз эффективнее, чем предыдущие модели.
Превращение солнечного света в топливо
Помимо улучшения снижения выбросов CO₂, эта реакция генерирует ценные побочные продукты, такие как глицерат, лактат и формиат — химические вещества, полезные в фармацевтике, косметике и различных химических синтезах.
«Мы показали, что глицерин, который часто рассматривается как отходы, на самом деле может повышать скорость реакции», — добавил доктор Андрей. «Это открывает возможности для применения нашей технологии в различных химических процессах, выходящих за рамки простой переработки отходов».
Несмотря на достижение показателя селективности около 10% при преобразовании CO₂ в углеводороды, исследовательская группа с оптимизмом смотрит на возможность усовершенствования своих катализаторов для повышения этой эффективности.
Они планируют расширить свою платформу, чтобы охватить еще более сложные органические реакции, что может привести к революционным разработкам в области устойчивого химического производства.
«Этот проект иллюстрирует силу международного сотрудничества в развитии научных знаний и их практического применения», — отметил доктор Андрей .
Сотрудничество исследователей Кембриджа и Беркли может изменить подход к производству топлива и основных химических соединений в мире, который становится все более экологически сознательным.
Поддержка исследования осуществлялась из нескольких источников, включая Программу Винтона по физике устойчивого развития, Колледж Святого Иоанна, Министерство энергетики США, Европейский исследовательский совет и Британскую исследовательскую и инновационную организацию (UKRI).
Поскольку ученые продолжают совершенствовать эту инновационную технологию, она может сыграть решающую роль в обеспечении перехода к экономике с нулевым уровнем выбросов углерода, что станет важной вехой в усилиях по борьбе с изменением климата и достижению устойчивости промышленных процессов.
Читайте нашу главную страницу — Взгляд в будущее, Инновации, Технологии, Наука, Новые открытия, Изобретения