Sztuczna fotosynteza z udziałem cieczy jonowych

Sztuczna fotosynteza z udziałem cieczy jonowych

Naukowcy z Uniwersytetu Illinois pokonali jedną z największych przeszkód stojących na drodze do opracowania technologii sztucznej fotosyntezy, dzięki której można by było ograniczyć ilość dwutlenku węgla w atmosferze przy równoczesnej produkcji paliwa. Wyniki ich badań opublikowano w czasopiśmie Science.

Sztuczna fotosynteza jest procesem konwersji dwutlenku węgla do substancji chemicznych opartych na węglu, które można wykorzystać jako paliwo lub substrat do produkcji szerokiej gamy produktów chemicznych. W naturze rośliny używają światła słonecznego do przekształcania CO2 i wody w cukry i węglowodory. Z kolei cukry wytworzone przez rośliny (np. kukurydzę) stanowią bazę do produkcji biopaliw. Niestety problemem biopaliw jest fakt, że ich produkcja powoduje często wzrost cen żywności, a więc kukurydzy, oleju słonecznikowego itp.

W sztucznej fotosyntezie stosuje się ogniwa elektrochemiczne które korzystają z energii pochodzącej z ogniw słonecznych lub turbin wiatrowych i przekształcają CO2 do prostych związków węglowych takich jak kwas mrówkowy czy metanol. Związki te w kolejnych etapach przekształcane są do etanolu i innych paliw.

Największym wyzwaniem dla naukowców pracujących nad sztuczną fotosyntezą jest pierwszy etap wytwarzania paliwa polegający na przekształceniu dwutlenku węgla do tlenku węgla, który wymaga bardzo dużych ilości energii – tak dużych, że ilość energii włożona do tej reakcji jest mniejsza niż zgromadzona w otrzymanym paliwie.

Naukowcy z Illinois zastosowali ciecze jonowe do katalizowania reakcji zachodzących podczas sztucznej fotosyntezy, dzięki czemu zredukowali ilość koniecznej energii. Ciecze jonowe stabilizują produkty pośrednie reakcji dzięki czemu mniejsza ilość energii elektrycznej jest konieczna do otrzymania finalnego produktu. Reaktorem który zastosowali było ogniwo elektrochemiczne w formie reaktora przepływowego, gdzie odseparowano od siebie podawany CO2 w formie gazowej i tlen będący jednym z produktów reakcji od ciekłego elektrolitu zawierającego katalizator z elektrodami dyfuzyjno-gazowymi. Dzięki odpowiedniemu zaprojektowaniu reaktora naukowcy byli w stanie precyzyjnie sterować przepływem elektrolitu i poprawić kinetykę reakcji dodając cieczy jonowej jako kokatalizatora. Aby wprowadzić opracowany reaktor do komercyjnej produkcji naukowcy muszą jeszcze popracować nad jego wydajnością.

(pj)