En ny artificiell fotosyntes metod använder solljus för att omvandla koldioxid till metan, vilket kan bidra till att göra naturgasdrivna enheter kolneutrala.

Metan är huvudkomponenten i naturgas. Fotosyntes är den process genom vilken gröna växter använder solljus för att göra mat åt sig själva ur koldioxid och vatten, vilket frigör syre som en biprodukt. Konstgjord fotosyntes syftar ofta till att producera kolvätebränslen, som liknar naturgas eller bensin, från samma utgångsmaterial.

Metangenereringsmetoden möjliggörs genom en ny katalysator som utvecklats genom ett samarbete mellan University of Michigan, McGill University och McMaster University. En uppsats om resultaten publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences.

Den soldrivna katalysatorn är tillverkad av rikliga material och fungerar i en konfiguration som kan massproduceras. Forskarna tror att det kan vara att återvinna rökestack koldioxid till rent brinnande bränsle inom 5-10 år.

”Trettio procent av energin i USA kommer från naturgas”, säger Zetian Mi, U-M professor i elektroteknik och datavetenskap, som samarbetade med Jun Song, professor i materialteknik vid McGill University. ”Om vi kan generera grön metan, det är en stor sak.”

Huvudförskottet är att teamet har utnyttjat relativt stora elektriska strömmar med en anordning som borde vara möjligt att massproducera. Det är också speciellt bra på att kanalisera elektricitet mot att bilda metan, med hälften av de tillgängliga elektronerna går mot metanproducerande reaktioner snarare än mot biprodukter som väte eller kolmonoxid.

”Tidigare artificiella fotosyntesanordningar arbetar ofta med en liten bråkdel av den maximala strömtätheten hos en kiselanordning, medan vi här arbetar på 80 eller 90 procent av det teoretiska maximala med industrifärdiga material och jordrikliga katalysatorer”, säger Baowen Zhou, en postdoktor i Mis grupp som arbetar med detta projekt.

Att omvandla koldioxid till metan är en mycket svår process. Kolet måste skördas från CO2, vilket kräver mycket energi eftersom koldioxid är en av de mest stabila molekylerna. På samma sätt måste H2O brytas ned för att fästa vätet på kolet. Varje kol behöver fyra väteatomer för att bli metan, vilket ger en komplicerad åtta-elektrondans (varje kol-vätebindning har två elektroner i den, och det finns fyra bindningar).

Katalysatorns utformning är avgörande för reaktionens framgång.

”Frågan om en miljon dollar är hur man snabbt navigera genom den enorma material utrymme för att identifiera den optimala receptet,” Song sagt.

Hans grupps teoretiska och beräkningsarbete identifierade den viktigaste katalysatorkomponenten: nanopartiklar av koppar och järn. Koppar och järn håller fast vid molekylerna genom sina kol- och syreatomer, köper tid för väte för att ta steget från vattenmolekylfragmenten till kolatomen.

Enheten är en slags solpanel översållad med nanopartiklar av koppar och järn. Den kan använda solens energi eller en elektrisk ström för att bryta ner koldioxid och vatten.

Basskiktet är en kiselskiva, inte olik de som redan finns i solpaneler. Denna wafer är toppad med nanotrådar, vardera 300 nanometrar (0,0003 millimeter) höga och ca 30 nanometrar breda, tillverkade av halvledargalliumnitrid.

Arrangemanget skapar en stor yta över vilken reaktionerna kan uppstå. De nanopartikelfleckade nanotrådarna är täckta med en tunn film av vatten.

Enheten kan konstrueras för att drivas under solenergi ensam, eller metanproduktionen kan ampas upp med ett tillägg av el. Alternativt, som körs på el, kan enheten potentiellt fungera i mörkret.

I praktiken skulle den artificiella fotosyntespanelen behöva anslutas till en källa till koncentrerad koldioxid — till exempel koldioxid som fångas från industriella rökestacks. Apparaten kan också konfigureras för att producera syntetisk naturgas (syngas) eller myrsyra, ett vanligt konserveringsmedel i djurfoder.

This div height required for enabling the sticky sidebar
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :