211service.com
Een grote sprong voor een kunstblad
Het bionische blad is een stap dichter bij de realiteit.
Daniel Nocera, een professor in energiewetenschap aan Harvard die een pionier was in het gebruik van kunstmatige fotosynthese, zegt dat hij en zijn collega Pamela Silver een systeem hebben bedacht dat het proces van het maken van vloeibare brandstof uit zonlicht, koolstofdioxide en water voltooit. En ze hebben het gedaan met een efficiëntie van 10 procent, gebruikmakend van pure koolstofdioxide - met andere woorden, een tiende van de energie in zonlicht wordt opgevangen en omgezet in brandstof. Dat is veel hoger dan natuurlijke fotosynthese, die ongeveer 1 procent van de zonne-energie omzet in de koolhydraten die door planten worden gebruikt, en het zou een mijlpaal kunnen zijn in de verschuiving van fossiele brandstoffen. Het nieuwe systeem wordt beschreven in een nieuw papier binnen Wetenschap .
Bill Gates heeft gezegd dat om onze energieproblemen op te lossen, we op een dag moeten doen wat fotosynthese doet, en dat we het op een dag misschien zelfs efficiënter kunnen doen dan planten, zegt Nocera. Dat is ooit aangebroken.
In de natuur gebruiken planten zonlicht om koolhydraten te maken uit koolstofdioxide en water. Kunstmatige fotosynthese probeert dezelfde inputs - zonne-energie, water en koolstofdioxide - te gebruiken om energierijke vloeibare brandstoffen te produceren. Het systeem van Nocera en Silver gebruikt een paar katalysatoren om water te splitsen in zuurstof en waterstof, en voert de waterstof samen met koolstofdioxide aan bacteriën. De bacteriën, bio-engineered naar specifieke kenmerken, zetten de kooldioxide en waterstof om in vloeibare brandstoffen.
Verschillende bedrijven, waaronder Joule Onbeperkt en LanzaTech , werken aan de productie van biobrandstoffen uit kooldioxide en waterstof, maar ze gebruiken bacteriën die koolmonoxide of kooldioxide consumeren in plaats van waterstof. Het systeem van Nocera, zegt hij, kan werken bij lagere temperaturen, hogere efficiëntie en lagere kosten.
Nocera's nieuwste werk is echt verbazingwekkend, zegt Peidong Yang van de University of California, Berkeley. Yang heeft een soortgelijk systeem ontwikkeld met een veel lagere efficiëntie. De prestaties van dit systeem zijn ongeëvenaard in enig ander kunstmatig fotosynthesesysteem dat tot nu toe is gerapporteerd, zegt hij.
Het nieuwe systeem kan pure koolstofdioxide in gasvorm gebruiken, of koolstofdioxide dat uit de lucht wordt opgevangen, wat betekent dat het koolstofneutraal kan zijn en geen extra broeikasgassen in de atmosfeer introduceert. Het getal van 10 procent, dat is het gebruik van pure CO2, zegt Nocera. Door de bacteriën zelf koolstofdioxide uit de lucht te laten halen, voegt hij eraan toe, resulteert dit in een efficiëntie van 3 tot 4 procent - nog steeds aanzienlijk hoger dan natuurlijke fotosynthese. Dat is de kracht van biologie: deze bio-organismen hebben natuurlijke CO2-concentratiemechanismen.
Het onderzoek van Nocera onderscheidt zich van het werk dat wordt uitgevoerd door de Gemeenschappelijk Centrum voor Kunstmatige Fotosynthese , een door het Amerikaanse ministerie van Energie gefinancierd programma dat tot doel heeft anorganische katalysatoren te gebruiken in plaats van bacteriën om waterstof en koolstofdioxide om te zetten in vloeibare brandstof. Volgens Dick Co, die aan het hoofd staat van de Instituut voor Zonnebrandstoffen aan de Northwestern University ligt de innovatie van het nieuwe systeem niet alleen in zijn superieure prestaties, maar ook in de versmelting van twee gewoonlijk gescheiden gebieden: anorganische chemie (om water te splitsen) en biologie (om waterstof en koolstofdioxide om te zetten in brandstof). Wat echt opwindend is, is de hybride benadering van kunstmatige fotosynthese, zegt Co: Het is opwindend om te zien hoe scheikundigen samenwerken met biologen om het veld vooruit te helpen.
Het commercialiseren van de technologie zal waarschijnlijk jaren duren. In ieder geval lijkt het vooruitzicht om zonlicht om te zetten in vloeibare brandstof ineens een stuk dichterbij.