Κινέζοι επιστήμονες ανέπτυξαν μια μέθοδο, εμπνευσμένη από τη φύση, για τη μετατροπή διοξειδίου του άνθρακα (CO2) και νερού σε πολύτιμες χημικές ουσίες, όπως τα δομικά στοιχεία της βενζίνης, χρησιμοποιώντας ηλιακή ενέργεια. Αυτή η διαδικασία, που παραλληλίζεται με τη φωτοσύνθεση των φυτών, όπου αξιοποιείται το ηλιακό φως, το CO2 και το νερό για την παραγωγή ενέργειας, θα μπορούσε να προσφέρει μια βιώσιμη πηγή καυσίμων, σύμφωνα με τους ερευνητές.
Η ομάδα, που προέρχεται από την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών και το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Χονγκ Κονγκ, δημιούργησε ένα νέο υλικό ικανό να αποθηκεύει μικρές ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας, ενισχύοντας την αποδοτικότητα των χημικών αντιδράσεων. Όταν αυτό το υλικό συνδυάζεται με καταλύτες που μετατρέπουν το CO2 σε διάφορες χημικές ουσίες, επιτρέπει την παραγωγή μονοξειδίου του άνθρακα υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός. Το μονοξείδιο του άνθρακα μπορεί στη συνέχεια να μετατραπεί περαιτέρω σε καύσιμο, προσφέροντας μια πιθανή εναλλακτική λύση για τομείς που είναι δύσκολο να ηλεκτροδοτηθούν, όπως η αεροπορία και η ναυτιλία.
Η φωτοκαταλυτική μετατροπή του CO2, δηλαδή η μετατροπή που ενεργοποιείται από το φως, έχει προσελκύσει το ενδιαφέρον ως μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος για τον περιορισμό των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και την άμβλυνση των περιορισμών στους πόρους. Μια ιδιαίτερα ελπιδοφόρα εφαρμογή είναι η παραγωγή “ηλιακών καυσίμων” – συνθετικών καυσίμων που παράγονται με ηλιακή ενέργεια και μπορούν να μιμηθούν τις ιδιότητες των ορυκτών καυσίμων, καθιστώντας τα συμβατά με τις υπάρχουσες υποδομές.
Η πρόκληση για τους επιστήμονες έγκειται στην αποδοτική μετατροπή της ανεξάντλητης ηλιακής ενέργειας σε καύσιμο. Μια εταιρεία που διερευνά αυτήν την κατεύθυνση είναι η ελβετική Synhelion, η οποία εγκαινίασε το 2024 την πρώτη βιομηχανικού μεγέθους μονάδα παραγωγής ηλιακών καυσίμων παγκοσμίως.
Παλαιότερα συστήματα μετατροπής CO2 βασίζονταν σε οργανικούς “θυσιαζόμενους παράγοντες”, οι οποίοι είχαν βελτιώσει την φωτοκαταλυτική απόδοση τις τελευταίες δεκαετίες. Ωστόσο, αυτοί οι παράγοντες καταναλώνονταν μόνιμα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, καθιστώντας την λιγότερο βιώσιμη και πιο δαπανηρή. Η χρήση νερού αντί για θυσιαζόμενους παράγοντες θα ήταν ιδανική, αλλά απαιτεί τη σύνδεση πολλαπλών, περίπλοκων χημικών αντιδράσεων, όπως η οξείδωση του νερού και η αναγωγή του CO2.
Φυσικά, η φυσική φωτοσύνθεση είναι εξαιρετικά αποτελεσματική στην εκτέλεση αυτών των αντιδράσεων, χάρη σε ένα μόριο που επιτρέπει την προσωρινή αποθήκευση των φωτοπαραγόμενων ηλεκτρονίων για τη μεταφορά ενέργειας. “Εμπνευσμένοι από αυτή τη φυσική στρατηγική, εξετάσαμε την εισαγωγή μιας παρόμοιας στρατηγικής αποθήκευσης φορτίου σε ένα τεχνητό φωτοσυνθετικό σύστημα”, δήλωσαν οι ερευνητές.
Για να μιμηθούν τη διαδικασία, σχεδίασαν ένα τροποποιημένο με άργυρο τριοξείδιο του βολφραμίου, το οποίο επέτρεψε την αποθήκευση ηλεκτρονίων κατά την έκθεση στο φως και την απελευθέρωσή τους όταν χρειάζεται. Το υλικό αυτό επέδειξε απόδοση αντάξια με άλλα συστήματα που χρησιμοποιούσαν οργανικούς θυσιαζόμενους παράγοντες, ενώ έχει “καθολική εφαρμοσιμότητα” όταν συνδυάζεται με διαφορετικούς καταλύτες. Δοκιμάστηκε επίσης υπό φυσικό ηλιακό φως, αποδεικνύοντας ότι η αντίδραση μπορεί να ενεργοποιηθεί από το φυσικό φως, ανοίγοντας τον δρόμο για τη χρήση του στην παραγωγή ηλιακών καυσίμων.
“Αυτή η στρατηγική όχι μόνο εξαλείφει την ανάγκη για μη βιώσιμους θυσιαζόμενους παράγοντες, αλλά παρέχει επίσης μια ευέλικτη και ισχυρή αρχή σχεδιασμού για την κατασκευή αποδοτικών, αυτόνομων φωτοκαταλυτικών συστημάτων, εφαρμόσιμων σε τομείς όπως η παραγωγή ηλιακών καυσίμων”, κατέληξε η ομάδα.
