Chinesische Forscher haben eine neue, solarbetriebene Methode entwickelt, die Kohlendioxid und Wasser direkt in die Grundbestandteile von Erdölderivaten umwandeln kann. Dieser Ansatz, der den natürlichen Prozess der Photosynthese imitiert, gilt als wichtiger Meilenstein für die Produktion nachhaltiger Kraftstoffe, die die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern könnten.
Das entwickelte System adaptiert den Photosynthesemechanismus, bei dem Pflanzen Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid zur Energiegewinnung nutzen, auf eine künstliche Umgebung. Die Forscher geben an, dass diese Methode darauf abzielt, die Kraftstoffproduktion nachhaltiger zu gestalten.
Wie funktioniert das System?
In diesem Zusammenhang entwarf das Team ein spezielles Material, das kleine Mengen an elektrischer Energie speichern kann, um die Effizienz der Reaktionen zu steigern, die Kohlendioxid in nützliche Chemikalien umwandeln.
Diese Energiespeicherfunktion ermöglicht es, die aus Sonnenlicht gewonnene Energie direkt für chemische Umwandlungen zu nutzen, was die Gesamteffizienz des Prozesses erheblich steigert.
In Kombination mit Katalysatoren, die Kohlendioxid in verschiedene chemische Verbindungen umwandeln, ermöglichte das System die Produktion von Kohlenmonoxid mittels Solarenergie. Kohlenmonoxid kann anschließend zu flüssigen Kohlenwasserstoffen, also erdölähnlichen Kraftstoffen, weiterverarbeitet werden.
Diese Technologie bietet insbesondere für Sektoren, in denen eine Elektrifizierung schwierig ist, wie die Luft- und Schifffahrt, eine alternative Lösung. In diesen Bereichen, die eine hohe Energiedichte erfordern, sind nachhaltige Optionen, die flüssige Kraftstoffe ersetzen können, von entscheidender Bedeutung.
Kompatibel mit bestehender Infrastruktur
Laut Wissenschaftlern gewinnt die lichtinduzierte Kohlendioxidumwandlung, die Photokatalyse, zunehmend an Interesse, um sowohl Treibhausgasemissionen zu reduzieren als auch den Druck auf natürliche Ressourcen zu lindern. Eine der attraktivsten Anwendungen in diesem Bereich sind „Solarkraftstoffe“, die mit Sonnenenerge hergestellt werden und ähnliche Eigenschaften wie fossile Brennstoffe aufweisen.
Da diese Kraftstoffe mit der bestehenden Kraftstoffinfrastruktur kompatibel sind, können sie ohne grundlegende Änderungen an den Energiesystemen eingesetzt werden. Der Prozess umfasst die Umwandlung von Kohlendioxid zunächst in Zwischenchemikalien wie Kohlenmonoxid und anschließend in flüssige Kohlenwasserstoffe.
Die Forscher weisen darauf hin, dass frühere Systeme zur Herstellung von Solarkraftstoffen auf bestimmte organische Substanzen angewiesen waren, um die Reaktionen zu beschleunigen. Da diese Substanzen während des Prozesses vollständig verbraucht wurden, war die Methode sowohl in Bezug auf die Nachhaltigkeit als auch auf die Kosten nachteilig.
In der natürlichen Photosynthese wird dieses Problem durch spezielle Moleküle gelöst, die durch Licht erzeugte Elektronen vorübergehend speichern. Inspiriert von diesem Mechanismus hat das Team einen ähnlichen Ladungsspeicher-Ansatz in das künstliche Photosynthesesystem integriert.
Das entsprechend entwickelte, mit Silber modifizierte Wolframtrioxid-Material kann Elektronen speichern, wenn es Licht ausgesetzt wird, und diese bei Bedarf freisetzen, um die chemischen Umwandlungen fortzusetzen.
In Tests wurde beobachtet, dass die Reaktionen auch unter natürlichem Sonnenlicht erfolgreich verliefen. Das Team betont, dass dieser Ansatz den Bedarf an nicht nachhaltigen Zusatzstoffen eliminiert und gleichzeitig ein flexibles Designprinzip für hocheffiziente photokatalytische Systeme bietet.
