3 Minutės
Įsivaizduokite lapelį, kuris įkvepia anglies dioksidą ir iškvepia skystą kurą. Toks vaizdas domina Jeilio mokslininkus: saulės energija varoma sistema, kuri tiesiogiai paverčia orą, vandenį ir saulės šviesą metanoliu, laikomu skystu kuru ir plačiai naudojamu pramonėje.
Laboratorinis lapas, imituojantis fotosintezę
Sistemoje derinamas molekulinis heterogeninis katalizatorius su silicio fotoelektrodu. Išorinė elektros energija nereikalinga. Saulės šviesa tiekia energiją, reikalingą sudėtingai cheminių reakcijų sekai, kurio metu anglies dioksidas redukuojamas iki metanolio. Komanda praneša apie efektyvumą 32 kartus didesnį nei ankstesnėse alkoholius gaminančiose sistemose, pokytį, kurio mastas keičia mokslininkų suvokimą apie praktinę dirbtinę fotosintezę.
Šešių elektronų proveržis
Dauguma ankstesnių katalizatorių galėjo perduoti tik po du elektronus vienu metu, todėl produktai apsiribojo paprastesnėmis molekulėmis, tokiomis kaip anglies monoksidas. Naujas katalizatorius apeina šį apribojimą, perduodamas šešis elektronus tiesiogiai vienai CO2 molekulei, taip vedant ją iki metanolio. Tam mokslininkai immobilizavo kobalto ftalocianino molekules ant anglies nanovamzdelių atramų. Galvokite apie nanovamzdelius kaip elektroninius greitkelius, tiekiant pastovų elektronų srautą į aktyvius reakcijos centrus.
Silicio inžinerija greičiui ir paviršiaus plotui
Fotoelektrodas naudoja mikroskopines silicio kolonėles, padengtas anglies fullereno sluoksniu. Toks geometrinis sprendimas žymiai padidina prieinamą paviršiaus plotą ir palengvina elektronų judėjimą. Greitas elektronų srautas kartu su tvirta katalizatoriaus geometrija pakelia įrenginį į iki šiol praneštą efektyviausią silicio pagrindo fotoelektrokatalizinę CO2 į kurą konversijos sistemą.
Kodėl metanolis svarbus ir kas kliudo
Metanolis nėra nišinė prekė. Tai universalus pramoninis žaliavos šaltinis ir jis gali būti naudojamas kaip skystas kuras, suderinamas su esama sandėliavimo ir transportavimo infrastruktūra. Metanolio gamyba tiesiogiai iš atmosferos sprendžia dvi problemas vienu metu, nes perdirbamas šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekis ir kuriamas lengvai tvarkomas energijos nešiklis.
Tačiau kelias nuo laboratorinio stalelio iki degalinės nėra tiesioginis. Išlieka iššūkiai, tokie kaip ilgaamžiškumas nuolatinės saulės šviesos sąlygomis, katalizatoriaus stabilumas ilguoju laikotarpiu ir koncentruoto atmosferinio CO2 surinkimo mastelio didinimas, visa tai reikalauja papildomos inžinerijos. Jeilio komanda jau tobulina dizainą, kad pratęstų tarnavimo laiką ir padidintų komercinį patrauklumą. Jie laiko šį įrenginį pamatiniu sprendimu pramoniniam anglies perdirbimui ir atsinaujinančių skystų kurų masinei gamybai.
Publikuotas darbas Amerikos chemijos draugijos žurnale aprašo eksperimentinę sąrangą ir našumo rodiklius detaliai. Pasak tyrėjų, šis požiūris yra tiksli biologinės fotosintezės imitacija, tuo pačiu pasinaudojant medžiagomis ir architektūromis, tinkamomis gamybai.
Reikšmė ir tolesni žingsniai
Ar suprojektuoti lapai kada nors galės prilygti natūraliai fotosintezei planetiniu mastu? Kol kas ne. Tačiau šis įrenginys perstato klausimą. Vietoje konkuravimo su augalais, jis siūlo tikslingą kelią paversti CO2 į patogią, perkeliamą energijos formą, naudojant vien tik saulės šviesą. Tai gali atverti naujas anglies valdymo ir energijos saugojimo strategijas sunkiojoje pramonėje.
Trumpalaikės prioritetinės užduotys aiškios: pagerinti patikimumą, sumažinti medžiagų sąnaudas ir parodyti nuolatinį veikimą realiomis sąlygomis. Jei šios kliūtys bus įveiktos, suprojektuota fotosintezė galėtų pereiti iš įdomybės į klimato priemonę, padedančią uždaryti ciklą tarp emisijų ir naudojamo kuro.
Šaltinis: smarti
Palikite komentarą