Onderzoekers van de Universiteit van Cambridge hebben een innovatieve technologie ontwikkeld die gebruik maakt van kunstmatige bladeren die fotosynthese benutten om CO2, water en zonlicht om te zetten in multikoolstof vloeibare brandstoffen zoals ethanol en propanol. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Nature Energy. In tegenstelling tot fossiele brandstoffen hebben deze zonnebrandstoffen geen koolstofuitstoot, zijn ze volledig hernieuwbaar en is er geen landbouwgrond nodig voor de productie. Hoewel deze technologie zich nog op laboratoriumschaal bevindt, zou het een doorbraak kunnen betekenen in de overgang van een op fossiele brandstoffen gebaseerde economie. Het kunstmatige blad produceert direct schone ethanol en propanol zonder de noodzaak van tussentijdse productie van syngas. Dit is de eerste keer dat zulke complexe chemicaliën worden geproduceerd met alleen zonne-energie, wat een belangrijke stap betekent in de richting van duurzame brandstofalternatieven.
VAN EENVOUDIGE NAAR COMPLEXE BRANDSTOFFEN
Voorheen konden kunstmatige bladeren, ontwikkeld door professor Erwin Reisner en zijn team van het Yusuf Hamied Department of Chemistry aan de Universiteit van Cambridge, alleen eenvoudige chemicaliën produceren zoals syngas, dat wordt gebruikt voor de productie van brandstoffen, farmaceutica, kunststoffen en meststoffen. Om de technologie praktischer en efficiënter te maken, wilden de onderzoekers complexere chemicaliën direct in één stap op zonne-energie produceren.
De doorbraak kwam in de vorm van een op koper en palladium gebaseerde katalysator, die werd geoptimaliseerd om het kunstmatige blad in staat te stellen complexere chemicaliën te produceren, met name multikoolstofalcoholen ethanol en n-propanol. Deze alcoholen zijn brandstoffen met een hoge energiedichtheid die gemakkelijk vervoerd en opgeslagen kunnen worden, waardoor ze waardevol zijn in de overgang van fossiele brandstoffen.
NETTO NUL EMISSIES BEREIKEN
Ethanol is een schoner alternatief voor benzine, omdat het wordt gewonnen uit planten in plaats van fossiele brandstoffen. De meeste auto’s en vrachtwagens rijden tegenwoordig op benzine die tot 10% ethanol bevat (E10-brandstof). De Verenigde Staten zijn de grootste bio-ethanolproducent ter wereld: bijna 45% van alle maïs die in het land wordt verbouwd, wordt gebruikt voor de productie van ethanol. De productie van bio-ethanol blijft echter controversieel omdat er landbouwgrond voor nodig is die anders gebruikt zou kunnen worden voor de voedselproductie.
Kunnen biobrandstoffen en e-brandstoffen schone alternatieven zijn voor benzine?
Duitsland en Italië voeren campagne om het verbod op verbrandingsmotoren te wijzigen zodat biobrandstoffen en e-fuels er ook onder vallen. Hoe duurzaam zijn deze brandstoffen?
Door een kunstmatig blad te gebruiken om ethanol en propanol te produceren, hebben de onderzoekers aangetoond dat het mogelijk is om vloeibare brandstoffen zonder koolstofuitstoot te maken die geen landbouwgrond aan de voedselproductie onttrekken. Dit is een belangrijke stap in de richting van een duurzamer en hernieuwbaar energielandschap.
DE TECHNOLOGIE OPTIMALISEREN
Het huidige kunstmatige bladapparaat is een proof of concept met een bescheiden efficiëntie. Om de prestaties te verbeteren, werken de onderzoekers aan het optimaliseren van de lichtabsorbers voor een betere absorptie van zonlicht en de katalysator voor een betere omzetting van zonlicht in brandstof. Verder werk zal ook nodig zijn om de technologie op te schalen voor massaproductie en om grote hoeveelheden brandstof te produceren.
Ondanks de uitdagingen is het onderzoek van het Cambridge-team een veelbelovende ontwikkeling in de zoektocht naar duurzame brandstofalternatieven. Zoals professor Reisner zei: “Ook al is er nog werk aan de winkel, we hebben laten zien waartoe deze kunstmatige bladeren in staat zijn.” Deze doorbraak brengt ons een stap dichter bij het benutten van de kracht van zonlicht om complexe producten met toegevoegde waarde te maken en uiteindelijk af te stappen van fossiele brandstoffen.
Dit artikel “Geïnspireerd door de natuur: kunstmatig blad gebruikt zonlicht om brandstof op te wekken” verscheen eerder op Innovation Origins.
