Sotto semaforo verde e assistito da un liquido ionico, nanoparticelle d'oro, parte inferiore, prestano elettroni per convertire le molecole di CO2, le sfere rosse e grigie al centro, a molecole di combustibile idrocarburico più complesse. Credito:grafica per gentile concessione di Sungju Yu, Jain Lab presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign
I chimici dell'Università dell'Illinois hanno prodotto con successo combustibili utilizzando acqua, anidride carbonica e luce visibile attraverso la fotosintesi artificiale. Convertendo l'anidride carbonica in molecole più complesse come il propano, la tecnologia dell'energia verde è ora un passo più vicino all'utilizzo di CO . in eccesso 2 immagazzinare energia solare, sotto forma di legami chimici, da utilizzare quando il sole non splende e nei periodi di picco della domanda.
Le piante usano la luce solare per guidare le reazioni chimiche tra acqua e CO 2 per creare e immagazzinare energia solare sotto forma di glucosio ad alta densità energetica. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno sviluppato un processo artificiale che utilizza la stessa porzione di luce verde dello spettro di luce visibile utilizzata dalle piante durante la fotosintesi naturale per convertire la CO 2 e l'acqua in carburante, in combinazione con nanoparticelle d'oro ricche di elettroni che fungono da catalizzatore. Le nuove scoperte sono pubblicate sulla rivista Comunicazioni sulla natura .
"L'obiettivo qui è produrre complessi, idrocarburi liquefabili da CO . in eccesso 2 e altre risorse sostenibili come la luce solare, " ha detto Prashant Jain, un professore di chimica e coautore dello studio. "I combustibili liquidi sono ideali perché sono più facili, più sicuro ed economico da trasportare rispetto al gas e, perché sono costituiti da molecole a catena lunga, contengono più legami, il che significa che accumulano energia in modo più denso."
Nel laboratorio di Jain, Sungju Yu, un ricercatore post-dottorato e primo autore dello studio, utilizza catalizzatori metallici per assorbire la luce verde e trasferire elettroni e protoni necessari per le reazioni chimiche tra CO 2 e acqua, svolgendo il ruolo del pigmento clorofilla nella fotosintesi naturale.
Giainista, sinistra, e Yu che eseguono esperimenti di fotosintesi artificiale usando la luce verde. Credito:Fred Zwicky
Le nanoparticelle d'oro funzionano particolarmente bene come catalizzatore, Jain ha detto, perché le loro superfici interagiscono favorevolmente con la CO 2 molecole, sono efficienti nell'assorbire la luce e non si rompono o si degradano come altri metalli che possono ossidarsi facilmente.
Esistono diversi modi in cui viene liberata l'energia immagazzinata nei legami del combustibile idrocarburico. Però, il facile metodo convenzionale di combustione finisce per produrre più CO 2 —che è controproducente per l'idea di raccogliere e immagazzinare l'energia solare in primo luogo, ha detto Jain.
Professore di chimica Prashant Jain, sinistra, e il ricercatore post-dottorato Sungju Yu hanno sviluppato un processo di fotosintesi artificiale che converte la CO2 in eccesso in preziosi combustibili, avvicinando la tecnologia verde allo stoccaggio di energia solare su larga scala. Credito:Fred Zwicky
"Ci sono altri, usi potenziali più non convenzionali degli idrocarburi creati da questo processo, " ha detto. "Potrebbero essere utilizzati per alimentare le celle a combustibile per la produzione di corrente elettrica e tensione. Ci sono laboratori in tutto il mondo che cercano di capire come la conversione da idrocarburi a elettricità può essere condotta in modo efficiente, " ha detto Giain.
Emozionante come lo sviluppo di questo CO 2 -il combustibile liquido può essere per la tecnologia dell'energia verde, i ricercatori riconoscono che il processo di fotosintesi artificiale di Jain non è neanche lontanamente efficiente come nelle piante.
"Dobbiamo imparare a mettere a punto il catalizzatore per aumentare l'efficienza delle reazioni chimiche, " ha detto. "Poi possiamo iniziare il duro lavoro per determinare come procedere per aumentare il processo. E, come ogni tecnologia energetica non convenzionale, ci saranno molte domande di fattibilità economica a cui rispondere, anche."
