Un gas ampiamente utilizzato che attualmente viene prodotto da combustibili fossili può invece essere prodotto da una "foglia artificiale" che utilizza solo la luce solare, anidride carbonica e acqua, e che potrebbe eventualmente essere utilizzato per sviluppare un combustibile liquido sostenibile alternativo alla benzina.

Il dispositivo a zero emissioni di carbonio stabilisce un nuovo punto di riferimento nel campo dei combustibili solari, dopo che i ricercatori dell'Università di Cambridge hanno dimostrato che può produrre direttamente il gas, chiamato syngas, in modo semplice e sostenibile.

Invece di funzionare con combustibili fossili, la foglia artificiale è alimentata dalla luce solare, anche se funziona ancora in modo efficiente nelle giornate nuvolose e nuvolose. E a differenza degli attuali processi industriali per la produzione di syngas, la foglia non rilascia ulteriore anidride carbonica nell'atmosfera. I risultati sono riportati sulla rivista Materiali della natura .

Syngas è attualmente costituito da una miscela di idrogeno e monossido di carbonio, e viene utilizzato per produrre una gamma di prodotti, come combustibili, prodotti farmaceutici, plastiche e fertilizzanti.

"Forse non hai sentito parlare del syngas stesso, ma ogni giorno, si consumano prodotti che sono stati creati utilizzandolo. Essere in grado di produrlo in modo sostenibile sarebbe un passo fondamentale nella chiusura del ciclo globale del carbonio e nella creazione di un'industria chimica e dei combustibili sostenibile, ", ha affermato l'autore senior, il professor Erwin Reisner del Dipartimento di Chimica di Cambridge, che ha trascorso sette anni a lavorare per questo obiettivo.

Il dispositivo prodotto da Reisner e dai suoi colleghi si ispira alla fotosintesi, il processo naturale mediante il quale le piante utilizzano l'energia della luce solare per trasformare l'anidride carbonica in cibo.

Sulla foglia artificiale, due assorbitori di luce, simili alle molecole nelle piante che raccolgono la luce solare, sono combinati con un catalizzatore costituito dall'elemento naturalmente abbondante cobalto.

Quando il dispositivo è immerso in acqua, un assorbitore di luce utilizza il catalizzatore per produrre ossigeno. L'altro effettua la reazione chimica che riduce l'anidride carbonica e l'acqua in monossido di carbonio e idrogeno, formare la miscela di syngas.

Come bonus aggiuntivo, i ricercatori hanno scoperto che i loro assorbitori di luce funzionano anche sotto i bassi livelli di luce solare in una giornata piovosa o nuvolosa.

"Ciò significa che non sei limitato a utilizzare questa tecnologia solo nei paesi caldi, o azionando il processo solo durante i mesi estivi, " ha detto il dottorando Virgil Andrei, primo autore del saggio. "Potresti usarlo dall'alba al tramonto, ovunque nel mondo."

La ricerca è stata condotta nel Laboratorio Christian Doppler per la chimica del SynGas sostenibile nel Dipartimento di Chimica dell'Università. È stato cofinanziato dal governo austriaco e dalla società petrolchimica austriaca OMV, che è alla ricerca di modi per rendere la propria attività più sostenibile.

"OMV è stato un accanito sostenitore del Christian Doppler Laboratory negli ultimi sette anni. La ricerca fondamentale del team per produrre syngas come base per il combustibile liquido in modo carbon neutral è innovativa, " ha detto Michael-Dieter Ulbrich, Senior Advisor presso OMV.

Sono stati sviluppati anche altri dispositivi a "foglia artificiale", ma questi di solito producono solo idrogeno. I ricercatori di Cambridge affermano che il motivo per cui sono stati in grado di produrre syngas in modo sostenibile è grazie alla combinazione di materiali e catalizzatori che hanno utilizzato.

Questi includono assorbitori di luce perovskite all'avanguardia, che forniscono un'elevata fototensione e corrente elettrica per alimentare la reazione chimica mediante la quale l'anidride carbonica viene ridotta a monossido di carbonio, rispetto agli assorbitori di luce realizzati con silicio o materiali sensibilizzati al colorante. I ricercatori hanno anche usato il cobalto come catalizzatore molecolare, invece di platino o argento. Il cobalto non è solo a basso costo, ma è meglio produrre monossido di carbonio rispetto ad altri catalizzatori.

Il team sta ora cercando modi per utilizzare la propria tecnologia per produrre un combustibile liquido sostenibile alternativo alla benzina.

Syngas è già utilizzato come elemento costitutivo nella produzione di combustibili liquidi. "Cosa vorremmo fare dopo, invece di produrre prima il syngas e poi convertirlo in combustibile liquido, è quello di rendere il combustibile liquido in un unico passaggio da anidride carbonica e acqua, " ha detto Reisner, che è anche membro del St John's College.

Sebbene si stiano facendo grandi progressi nella generazione di elettricità da fonti energetiche rinnovabili come l'energia eolica e fotovoltaica, Reisner afferma che lo sviluppo della benzina sintetica è vitale, poiché l'elettricità può attualmente soddisfare solo circa il 25% della nostra domanda energetica globale totale. "C'è una grande domanda di combustibili liquidi per alimentare il trasporto pesante, trasporto marittimo e aereo in modo sostenibile, " Egli ha detto.

"Miriamo a creare prodotti sostenibili come l'etanolo, che può essere facilmente utilizzato come combustibile, " ha detto Andrei. "È difficile produrlo in un solo passaggio dalla luce solare utilizzando la reazione di riduzione dell'anidride carbonica. Ma siamo fiduciosi che stiamo andando nella giusta direzione, e che abbiamo i catalizzatori giusti, quindi crediamo che saremo in grado di produrre un dispositivo in grado di dimostrare questo processo nel prossimo futuro."