I ricercatori di Cambridge utilizzano la luce solare per creare gocce pulite e liquide

Motiyar Rahman

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I ricercatori dell’Università di Cambridge nel Regno Unito sono riusciti a replicare il processo di fotosintesi per convertire l’anidride carbonica e l’acqua in carburante. Il punto forte della ricerca è che il carburante può essere utilizzato come carburante sostitutivo per i veicoli esistenti, si legge in un comunicato stampa.

Mentre i paesi di tutto il mondo cercano modi per abbandonare i combustibili fossili, vengono promosse modalità di trasporto elettriche scoraggiando al contempo la vendita di veicoli con motori a combustione interna (ICE). Sebbene la politica abbia il giusto intento, un passaggio obbligatorio ai veicoli elettrici lascerà milioni di veicoli con ICE nella discarica, aumentando allo stesso tempo la domanda di minerali delle terre rare necessari per produrre batterie per veicoli elettrici.

Un carburante drop-in senza emissioni di carbonio potrebbe prolungare la vita dei veicoli ICE senza sollevare preoccupazioni per i danni all’ambiente. La ricerca di Cambridge promette di rendere questa possibilità una realtà nel prossimo futuro.

I biocarburanti come l’etanolo sono stati suggeriti come sostituti dei combustibili fossili. I paesi hanno già iniziato a utilizzarli come sostituti in proporzioni minori. Tuttavia, la produzione di biocarburanti richiede la deviazione di terreni agricoli.

Con una popolazione globale in continua crescita, molti hanno messo in dubbio la necessità di convertire il cibo in carburante. Solo negli Stati Uniti, il 45% del mais coltivato viene utilizzato per la produzione di etanolo.

Motiar Rahman

Erwin Reisner e il suo team di ricercatori di Cambridge hanno cercato modi per generare combustibili a zero emissioni di carbonio e hanno trovato la risposta nella foglia artificiale. Proprio come le loro controparti naturali, le foglie artificiali convertono l’anidride carbonica e l’acqua in sostanze chimiche utilizzabili nell’industria farmaceutica, della plastica o dei combustibili.

I ricercatori sono stati in grado di utilizzare la loro foglia artificiale per produrre syngas, una combinazione di idrogeno e monossido di carbonio. Tuttavia, se la tecnologia avesse dovuto avere applicazioni pratiche, ne avevano bisogno per produrre sostanze chimiche molto più complesse in un unico passaggio.

I ricercatori hanno poi sviluppato un catalizzatore utilizzando rame e palladio che ha consentito alla foglia artificiale di produrre sostanze chimiche complesse come etanolo e propanolo. Entrambi questi alcoli multicarbonio sono anche combustibili ad alta densità che possono essere immagazzinati e trasportati facilmente.

Anche la ricerca di altri gruppi ha portato alla sintesi di queste molecole di alcol, ma nel loro caso la fonte di energia era l’elettricità. Questa è la prima volta che viene utilizzata solo l’energia solare per sintetizzare queste sostanze chimiche.

Il dispositivo è ancora nella fase di prova del concetto. Il gruppo di ricerca sta ora lavorando per ottimizzare gli assorbitori di luce e il catalizzatore in modo da poter generare più carburante, aumentando l’efficienza complessiva del sistema. Ulteriori lavori riguarderanno anche l’aumento delle dimensioni della foglia in modo da poter generare grandi volumi di carburante alla volta.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati oggi sulla rivista Nature Energy.

Astratto:

La sintesi di combustibili liquidi ad alta densità energetica da CO2 e H2O alimentati dalla luce solare ha il potenziale per creare un’economia circolare. Nonostante i progressi nella produzione di prodotti gassosi semplici, l’assemblaggio di dispositivi fotoelettrochimici non assistiti per la produzione multi-carbonio liquido rimane una sfida importante. Qui abbiamo assemblato un dispositivo autonomo a foglia artificiale integrando un elettrocatalizzatore Cu94Pd6 derivato dall’ossido con assorbitori di luce tandem perovskite-BiVO4 che accoppiano la riduzione di CO2 con l’ossidazione dell’acqua. Il Cu94Pd6 cablato | Il dispositivo perovskite-BiVO4 fornisce un'efficienza faradaica di ~ 7,5% per alcoli multi-carbonio (~ 1: 1 etanolo e n-propanolo), mentre la foglia artificiale autonoma produce ~ 1 μmol cm−2 di alcoli dopo 20 ore di funzionamento senza assistenza con AM 1,5 Irradiazione G con una velocità di ~ 50 μmol h−1 gCuPd−1. Questo studio dimostra la produzione di combustibili liquidi multi-carbonio dalla CO2 su una foglia artificiale e quindi ci porta un passo avanti nell’utilizzo della luce solare per generare prodotti complessi a valore aggiunto.