Forscher haben schwimmende „künstliche Blätter“ entwickelt, die aus Sonnenlicht und Wasser saubere Brennstoffe erzeugen und schließlich in großem Maßstab auf See eingesetzt werden könnten.
Schwimmende „künstliche Blätter“, die aus Sonnenlicht und Wasser saubere Brennstoffe erzeugen, wurden von einem Team aus entwickelt @ReisnerLab.
Sie könnten genutzt werden, um eine nachhaltige Alternative zu Benzin zu generieren, ohne Platz an Land zu beanspruchen. ?#Energie #Klimahttps://t.co/YRj6MdrKOT
— Universität Cambridge (@Cambridge_Uni) 17. August 2022
Die Forscher von der University of Cambridge entwarfen ultradünne, flexible Geräte, die von der Photosynthese inspiriert sind – dem Prozess, bei dem Pflanzen Sonnenlicht in Nahrung umwandeln. Da die kostengünstigen, autonomen Geräte leicht genug sind, um zu schwimmen, könnten sie verwendet werden, um eine nachhaltige Alternative zu Benzin zu erzeugen, ohne Platz an Land zu beanspruchen.
Outdoor-Tests der leichten Blätter auf dem Fluss Cam – in der Nähe von berühmten Cambridge-Sehenswürdigkeiten wie der Seufzerbrücke, der Wren Library und der King’s College Chapel – zeigten, dass sie Sonnenlicht genauso effizient in Brennstoffe umwandeln können wie Pflanzenblätter.
Dr Virgil Andrej.
Dies ist das erste Mal, dass sauberer Kraftstoff auf dem Wasser erzeugt wird, und wenn es vergrößert wird, könnten die künstlichen Blätter auf verschmutzten Wasserstraßen, in Häfen oder sogar auf See verwendet werden und dazu beitragen, die Abhängigkeit der globalen Schifffahrtsindustrie von fossilen Brennstoffen zu verringern. Die Ergebnisse werden in berichtet das Tagebuch Natur.
Während erneuerbare Energietechnologien wie Wind und Sonne in den letzten Jahren deutlich billiger und besser verfügbar geworden sind, ist die Dekarbonisierung für Branchen wie die Schifffahrt eine viel größere Aufgabe. Rund 80 % des Welthandels werden von Frachtschiffen transportiert, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, doch der Sektor hat in den Diskussionen um die Klimakrise bemerkenswert wenig Aufmerksamkeit erhalten.
Seit einigen Jahren, Arbeitsgruppe von Professor Erwin Reisner in Cambridge hat daran gearbeitet, dieses Problem anzugehen, indem nachhaltige Lösungen für Benzin entwickelt wurden, die auf den Prinzipien der Photosynthese basieren. 2019 entwickelten sie eine künstliches Blattdas Synthesegas – ein wichtiges Zwischenprodukt bei der Herstellung vieler Chemikalien und Pharmazeutika – aus Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser herstellt.
Der frühere Prototyp erzeugte Kraftstoff, indem er zwei Lichtabsorber mit geeigneten Katalysatoren kombinierte. Es enthielt jedoch dicke Glassubstrate und Feuchtigkeitsschutzbeschichtungen, die das Gerät sperrig machten.
„Künstliche Blätter könnten die Kosten für eine nachhaltige Kraftstoffproduktion erheblich senken, aber da sie sowohl schwer als auch zerbrechlich sind, sind sie schwierig in großem Maßstab herzustellen und zu transportieren“, sagte Dr. Virgil Andrei vom Yusuf Hamied Department of Chemistry in Cambridge, Co -Hauptautor.
„Wir wollten sehen, wie weit wir die Materialien reduzieren können, die diese Geräte verwenden, ohne ihre Leistung zu beeinträchtigen“, sagte Reisner, der die Forschung leitete. „Wenn wir die Materialien so weit kürzen können, dass sie leicht genug sind, um zu schweben, dann eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten, wie diese künstlichen Blätter verwendet werden könnten.“
Für die neue Version des künstlichen Blattes ließen sich die Forscher von der Elektronikindustrie inspirieren, wo Miniaturisierungstechniken zur Entwicklung von Smartphones und flexiblen Displays geführt und das Gebiet revolutioniert haben.
Die Herausforderung für die Cambridge-Forscher bestand darin, Lichtabsorber auf leichte Substrate aufzubringen und sie vor dem Eindringen von Wasser zu schützen. Um diese Herausforderungen zu meistern, entwickelt das Team Dünnfilm-Metalloxide und -Materialien, die auf flexible Kunststoff- und Metallfolien aufgetragen werden können. Die Geräte wurden mit mikrometerdünnen, wasserabweisenden Schichten auf Kohlenstoffbasis überzogen, die einen Feuchtigkeitsabbau verhinderten. Am Ende hatten sie ein Gerät, das nicht nur funktioniert, sondern auch wie ein echtes Blatt aussieht.
Foto mit freundlicher Genehmigung von Dr. Virgil Andrei, Universität Cambridge
„Diese Studie zeigt, dass künstliche Blätter mit modernen Herstellungstechniken kompatibel sind, was einen frühen Schritt in Richtung Automatisierung und Hochskalierung der Produktion von Solarbrennstoffen darstellt“, sagte Andrei. „Diese Blätter vereinen die Vorteile der meisten Solarbrennstofftechnologien, da sie das geringe Gewicht von Pulversuspensionen und die hohe Leistung von kabelgebundenen Systemen erreichen.“
Tests der neuen künstlichen Blätter zeigten, dass sie Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spalten oder CO reduzieren können2 zu Synthesegas. Während zusätzliche Verbesserungen vorgenommen werden müssen, bevor sie für kommerzielle Anwendungen bereit sind, sagen die Forscher, dass diese Entwicklung ganz neue Wege in ihrer Arbeit eröffnet.
„Solarparks sind für die Stromerzeugung beliebt geworden; Wir stellen uns ähnliche Farmen für die Kraftstoffsynthese vor“, sagte Andrei. „Diese könnten Küstensiedlungen, abgelegene Inseln versorgen, Industrieteiche bedecken oder die Wasserverdunstung aus Bewässerungskanälen verhindern.“
„Viele erneuerbare Energietechnologien, einschließlich Solarbrennstofftechnologien, können große Flächen an Land beanspruchen, sodass eine Verlagerung der Produktion auf offene Gewässer bedeuten würde, dass saubere Energie und Landnutzung nicht miteinander konkurrieren“, sagte Reisner. „Theoretisch könnte man diese Geräte zusammenrollen und fast überall in fast jedem Land aufstellen, was auch zur Energiesicherheit beitragen würde.“
Die Forschung wurde teilweise vom European Research Council, dem Cambridge Trust, dem Winton Program for the Physics of Sustainability, der Royal Academy of Engineering und dem Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), Teil von UK Research and Innovation ( UKRI). Virgil Andrei und Erwin Reisner sind Fellows des St. John’s College, Cambridge.
Von SarahCollins
Mit freundlicher Genehmigung der Universität von Cambridge.
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Ausgewähltes Foto mit freundlicher Genehmigung von Dr. Virgil Andrei, Universität Cambridge.
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