2023 Autor: Bryan Walter | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-24 23:09
Eine Gruppe von Wissenschaftlern der University of Central Florida und der Florida State University hat ein neues Material entwickelt, das unter dem Einfluss von sichtbarem Licht durch künstliche Photosynthese Kohlendioxid in organisches Material umwandelt. Die Forschung wurde in der Zeitschrift Materials Chemistry A veröffentlicht.
Versuche, die Photosynthese – die Umwandlung von Sonnenlichtenergie in die Energie chemischer Bindungen – zu reproduzieren, werden seit langem unternommen, aber in letzter Zeit aufgrund der globalen Erwärmung intensiviert. Fakt ist, dass CO2, das als Rohstoff für die Photosynthese dient, hinsichtlich seines Beitrags zum Treibhauseffekt nach Wasserdampf in der Atmosphäre an zweiter Stelle steht.
Photokatalytische Eigenschaften sind für einige nichtbiologische Substanzen bekannt, insbesondere für metallorganische Gerüste - kristalline Verbindungen aus Metallen und organischen Substanzen. Sie erscheinen normalerweise, wenn sie ultraviolettem Licht ausgesetzt werden, das nur 4 Prozent des Sonnenlichts ausmacht. Darüber hinaus verwenden sie typischerweise extrem teure Metalle wie Platin, Rhenium und Iridium. Aus diesem Grund ist es sehr teuer, sie für die künstliche Photosynthese zu verwenden. Bei ihrer Arbeit entschieden sich die Wissenschaftler, ein metallorganisches Gerüst auf Basis eines viel günstigeren Titans zu verwenden. Der organische Teil diente im Wesentlichen als „Antenne“zur Lichtabsorption. Durch leichte Modifikationen dieser Substanz könnten die Forscher den Lichtbereich verändern, in dem sie arbeitet. Sie beschlossen, es für Blau anzupassen.
Fotoreaktor
Um Sonnenlicht zu simulieren, bauten die Ingenieure einen „Photoreaktor“zusammen – einen Zylinder, der von innen mit einem blauen LED-Streifen beklebt wurde. Im Inneren des Zylinders wurde ein Kolben mit einer Substanz aufgehängt, der mit Kohlendioxid abgeblasen wurde. Die Hypothese der Wissenschaftler wurde bestätigt und ein Teil des CO2 wurde in organische Substanzen umgewandelt: Formiat und Formamid, die als Solarbrennstoff betrachtet und energetisch genutzt werden können.
Künftig werden die Wissenschaftler die Effizienz der künstlichen Photosynthese und die Menge an recyceltem CO2 steigern sowie ihr Material für andere Bereiche des sichtbaren Lichts anpassen. Sie schlugen auch das Konzept vor, in Fabriken mit großen Treibhausgasemissionen spezielle Kläranlagen zu schaffen, die das bei der Produktion emittierte CO2 recyceln, in Energie umwandeln und in die Anlage zurückführen.
Dies ist bei weitem nicht die erste Studie zur künstlichen Photosynthese. So haben Wissenschaftler 2015 beispielsweise ein Gerät entwickelt, das Wasser für Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzellen im Licht in Sauerstoff und Wasserstoff spaltet, und dann zeigte das MIT ein ähnliches Gerät, in dem der entstehende Wasserstoff und Kohlenstoff aus der Luft durch gentechnisch veränderte Bakterien umgewandelt werden in flüssigen Kraftstoff. Einige Forscher ziehen es vor, keine künstlichen Apparate für die Photosynthese zu entwickeln, sondern die Effizienz der Photosynthese in Pflanzen zu steigern, wie es kürzlich ein internationales Wissenschaftlerteam getan hat.
