太阳能生物燃料生产零碳排放

剑桥大学的研究人员利用光合作用把二氧化碳,水和阳光为multicarbon燃料乙醇和丙醇-在一个单一的步骤。这些燃料能量密度高,可以很容易地存储或运输。

这些太阳能与化石燃料,燃料生产零碳排放和完全可再生,与大多数生物乙醇,他们不把任何农业土地远离食品生产。

技术仍处于实验室规模的同时,研究人员说他们的“人造树叶”的重要一步远离化石燃料经济过渡。的结果发表在《华尔街日报》吗自然能源。

生物乙醇是吹捧为清洁汽油的替代品,因为它是由植物代替化石燃料。今天大多数汽车和卡车在路上汽油含有10%乙醇(E10燃料)。美国是世界上最大的生物乙醇生产国:美国农业部称,近45%美国的玉米种植用于乙醇生产。

“生物燃料如乙醇是一个有争议的技术,尤其是因为它们占用农业用地,可以用来种植粮食相反,”欧文Reisner教授说,他领导了这项研究。

几年来,Reisner研究集团,总部位于Yusuf Hamied化学系,可持续发展,零碳燃料灵感来自光合作用,植物将阳光转化为食物的过程,利用人工树叶。

到目前为止,这些人造叶子只能够简单的化学物质,如合成气、氢气和一氧化碳的混合物,用于生产燃料、医药、塑料和化肥。但技术更实用,将需要能够产生更复杂的化学物质直接在一个太阳能的一步。

现在,人工树叶可以直接生产清洁乙醇和丙醇而不需要生产合成气的中间步骤。

研究人员开发了一个铜和palladium-based催化剂。催化剂是优化的方式允许人工树叶产生更复杂的化学物质,特别是multicarbon醇乙醇和正丙醇。醇都是高能量密度的燃料,可以很容易地运输和存储。

其他科学家已经能够产生相似的化学物质使用电力,但这是第一次这样复杂的化学物质产生的人造叶子只使用来自太阳的能量。

“阳光的人工树叶和液体燃料从二氧化碳和水是一个神奇的化学反应,”博士说Motiar Rahaman,论文的第一作者。“通常,当你试图将二氧化碳转换成另一种化学产品使用一个人工树叶装置,你几乎总是得到一氧化碳或合成气,但在这里,我们已经能够产生一个实际液体燃料使用太阳的力量。这是一个激动人心的进步,在我们的工作开辟了全新的途径。”

目前,该设备是一个概念验证,只显示适度的效率。研究人员正在努力优化光吸收,这样他们就能更好地吸收阳光和优化催化剂,这样就可以把更多的阳光转化为燃料。进一步的工作还需要使设备可伸缩的,以便它可以产生大量的燃料。

“尽管仍有工作要做,我们已经证明这些人造叶子能够做什么,“Reisner说。“重要的是要表明,我们可以超越简单的分子,使事情直接有用的过渡远离化石燃料。”

参考:Rahaman M,安德烈·V,赖特D, et al。太阳能液体multi-carbon燃料生产使用一个独立的perovskite-BiVO4人造叶子。Nat能源。2023年。doi:10.1038 / s41560 - 023 - 01262 - 3

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