Useissa viimeaikaisissa tutkimuksissa, jotka käsittelivät CO₂:n muuntamista, löydettiin keinotekoinen lehti , joka on tarkoitettu ympäristöystävällisen polttoaineen tuotantoon fotokemiallisten prosessien avulla. Tämä teknologia hyödyntää auringonvaloa ja orgaanisia komponentteja, avaten uusia mahdollisuuksia resurssien muuntamiseen ja kemikaalien tuotantoon.
Sisältö
Tutkimuksessa on koottu yhteen monien vuosien kokeiden tulokset laitteilla, jotka pystyvät jäljittelemään luonnollisia mekanismeja . Tieteellisessä tutkimuksessa ympäristöystävällinen polttoaine esitetään energianlähteenä, jolla on potentiaalisia sovellusalueita eri sektoreilla, ja analysoidaan sen merkitystä taloudelle, joka on vähemmän riippuvainen hiilestä .
Kuinka aurinkolaitteisto, joka muuntaa CO₂:n ympäristöystävälliseksi polttoaineeksi, toimii?
Cambridgen yliopiston äskettäin kehittämä keinotekoinen lehti jäljittelee fotosynteesiprosessia ja tuottaa formiaattia, joka on ympäristöystävällinen polttoaine, jota saadaan yhdistämällä hiilidioksidi, valo ja vesi.
Tutkimus julkaistiin Cell-lehdessä, jossa kuvataan yksityiskohtaisesti laitteen toiminta biohybridijärjestelmänä, joka koostuu orgaanisista puolijohteista ja bakteereista saaduista entsyymeistä. Nämä rakenteet mahdollistavat laitteen itsenäisen toiminnan ja vakaan toiminnan ilman kemiallisia lisäaineita.
Professori Erwin Reisnerin johtama tutkijaryhmä on yli kymmenen vuoden ajan kehittänyt keinotekoisen fotosynteesin menetelmiä, jotka on suunnattu vaihtoehtoisten energialähteiden käyttöön. Tässä versiossa toiminnan vakaus ylittää 24 tuntia peräkkäin, mikä on mahdollista apuentsyymin lisäämisen ansiosta, joka on sijoitettu huokoiseen titaanimatriisiin.
Tämä tekninen muutos estää katalyyttien nopean hajoamisen ja helpottaa yksinkertaisten bikarbonaattiliuosten käyttöä reaktioympäristönä.
Laboratoriotutkimukset ovat osoittaneet, että elektronit ohjataan erittäin tehokkaasti reaktioihin, jotka tuottavat formiaattia . Saadun yhdisteen avulla syntetisoitiin sitten seuraavassa reaktiossa farmaseuttisessa teollisuudessa käytettäviä tuotteita ilman ylimääräisen jätteen syntymistä.
Tutkimuksen mukaan tämä on ensimmäinen tapaus, jossa orgaaniset puolijohteet toimivat valon sieppaajina biohybridijärjestelmässä, jolla on tällaiset ominaisuudet.
Tämän ympäristöystävällisen polttoaineen käyttöalueet ja sen teollinen potentiaali.
Formiaatin tuotanto tarjoaa uuden toimintamallin kemiallisten komponenttien tuotantoon. Tätä ympäristöystävällistä polttoainetta voidaan käyttää lähtökohtana synteesiketjuissa, jotka vaativat ympäristöä saastuttamatonta energialähdettä.
Lisäksi bakteerien entsyymien selektiivisyys estää kilpailevien reaktioiden syntymisen, jotka haittaavat puhtaiden yhdisteiden saamista.
Tutkijat huomauttavat, että kemianteollisuus tuottaa noin 6 % maailman päästöistä ja on suuressa määrin riippuvainen öljystä saatavista raaka-aineista.
Tässä yhteydessä itsenäinen järjestelmä, joka muuntaa CO₂:n käyttökelpoiseksi polttoaineeksi, voi vähentää fossiilisten resurssien kuormitusta ja yksinkertaistaa prosesseja, jotka tällä hetkellä edellyttävät lyhytaikaisten epäorgaanisten katalyyttien tai myrkyllisiä aineita sisältävien materiaalien käyttöä.
Yksi keskeisistä innovaatioista on orgaanisten puolijohteiden integrointi valon absorboijiksi. Tämä tekninen ratkaisu mahdollistaa niiden ominaisuuksien säätelyn ja vähentää monimutkaista jätettä muodostavien komponenttien käyttöä.
Sivutuotteiden puuttuminen helpottaa myös laitteen mukauttamista tuleviin muutoksiin, jotka mahdollistavat erilaisten kemiallisten yhdisteiden tuottamisen samalla toimintaperiaatteella.
Tekniset innovaatiot aurinkoenergian tehokkaampaan muuntamiseen.
Toinen tutkimussuunta, josta MIT Technology Review kertoo, kuvaa aurinkolaitetta, joka pystyy muuntamaan hiilidioksidin ja veden hiilivedyiksi, kuten eteeniksi ja etaaniksi, käyttämällä kuparisia rakenteita, jotka on kehitetty Peidong Yangin laboratoriossa Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä.
Nämä metallisina ”kukina” kuvatut rakenteet toimivat katalyytteinä, joihin elektronit kertyvät aiheuttaen molekyylimuutoksia.
Järjestelmä käyttää piin nanolankoja valon sieppaamiseen ja toimii glyserolin sijaan veden kanssa, mikä parantaa elektronien siirron tehokkuutta ja johtaa sivutuotteiden, kuten glyserolin, laktaatin ja asetaatin, muodostumiseen. Näitä yhdisteitä käytetään kosmetiikka- ja lääketeollisuudessa, mikä lisää niiden teollista merkitystä.
Eri asiantuntijat varoittavat kuitenkin, että nykyiset ominaisuudet eivät riitä laajamittaiseen käyttöönottoon. Katalyyttien kestävyys ja prosessin vakaus ovat tekijöitä, jotka on optimoitava ennen kuin niiden sisällyttämistä tuotantoinfrastruktuuriin voidaan harkita.
Miten aurinkoenergian muuntaminen ympäristöystävälliseksi polttoaineeksi kehittyy tulevaisuudessa?
Näiden teknologioiden kehittäjäryhmät väittävät, että CO₂:n talteenotto ilmasta tai voimalaitoksista voi mahdollistaa ympäristöystävällisen polttoaineen tuotannon, jonka hiilijalanjälki on neutraali.
Tämä mahdollistaa keinotekoisen fotosynteesin hyödyntämisen hyödyllisenä työkaluna teollisissa prosesseissa, jotka vaativat kemiallisia reagensseja, mutta eivät käytä fossiilisia raaka-aineita.
Tutkijat olettavat, että tarkempien suunnittelumenetelmien ja uusien lähestymistapojen avulla entsyymien ja orgaanisten puolijohteiden stabiloimiseksi on mahdollista pidentää näiden laitteiden käyttöikää . He aikovat myös mukauttaa niitä eri yhdisteiden tuottamiseen alan tarpeiden mukaisesti, mikä avaa mahdollisuuksia uusiutuvia luonnonvaroja käyttäville kemiantehtaille .
