Wie ein Blatt – Neue künstliche Photosynthesemethode, um CO2 direkt aus der Luft abzufangen und in Treibstoff umzuwandeln.

0

Argonne und SLAC werden Methoden der künstlichen Photosynthese entwickeln, um die direkte Abscheidung von CO2 aus der Luft zu ermöglichen und gleichzeitig die Energiequellen durch die Umwandlung von CO2 in Kraftstoffe und andere nützliche Chemikalien zu erweitern.

Mit Blättern sieht es einfach aus, aber die Abscheidung und Verwendung von Kohlendioxid (CO2) aus der Luft ist für Wissenschaftler ein schwieriger Prozess, den sie nachahmen müssen.

Um CO2 künstlich abzutrennen, haben Chemiker Wege entwickelt, es mit Hilfe von Chemikalien, die sehr vorteilhaft mit ihm reagieren, aus der Luft zu “waschen”. Aber selbst nachdem es abgetrennt wurde, ist es oft schwierig, es freizusetzen und für die künstliche Photosynthese zu verwenden.

Das Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) und das SLAC National Accelerator Laboratory erhalten vom DOE über einen Zeitraum von drei Jahren 4,5 Millionen Dollar für Forschungsarbeiten, die darauf abzielen, Kohlendioxid direkt aus der Luft abzufangen und es durch künstliche Photosynthese in nützliche Produkte umzuwandeln.

“Wir waren begeistert, die Gelegenheit zu erhalten, neue wissenschaftliche Erkenntnisse zu gewinnen und an dieser Herausforderung zu arbeiten. Es wäre enorm befriedigend, eine neue, umweltverträgliche Art der Energiegewinnung zu eröffnen. Ein großer Fortschritt auf diesem Gebiet wäre der Höhepunkt meiner Karriere. – Ksenija Glusac, Chemikerin aus den Argonnen, Gruppe Solarenergieumwandlung, Abteilung Chemische Wissenschaften und Ingenieurwesen

Bei der CO2-Abscheidung wird das Gas aufgefangen, zu einem Speicherort transportiert und isoliert. Argonne und SLAC werden sich gemeinsam auf die Entwicklung photochemischer Methoden konzentrieren, die die CO2-Abscheidung direkt aus der Luft ermöglichen und die diese Abscheidung mit der photochemischen Umwandlung in Brennstoffe und Chemikalien mit hohem Mehrwert kombinieren.

Ihr Ziel ist die Verbesserung der Umwelt und die Erweiterung der Energiequellen durch die Umwandlung von CO2 in Brennstoffe und andere wertschöpfende Chemikalien wie Methanol- und Acrylsäurederivate – die beide von der chemischen Industrie zur Herstellung von Polymeren, darunter Harze, Kunststoffe und Klebstoffe, verwendet werden. Methanol kann auch als Brennstoff zur Stromerzeugung verwendet werden.

Ksenija Glusac, Chemikerin in der Gruppe für Solarenergieumwandlung in der Abteilung für chemische Wissenschaften und Ingenieurwesen in Argonne, wird als Hauptforscherin der Gruppe die Bemühungen von Argonne leiten.

Glusac arbeitet seit 2000 auf dem Gebiet der künstlichen Photosynthese, aber die Kombination von CO2-Abscheidung und Photosynthese ist eine neue Richtung für sie und ihr Team.

“Wir waren begeistert über die Gelegenheit, neue wissenschaftliche Erkenntnisse zu gewinnen und an dieser Herausforderung zu arbeiten”, sagte Glusac, die auch außerordentliche Professorin für Chemie an der University of Illinois in Chicago ist. “Es wäre enorm befriedigend, eine neue, umweltverträgliche Art der Energiegewinnung zu eröffnen”.

Glusacs Team hat bereits einen bedeutenden Beitrag auf dem Gebiet der künstlichen Photosynthese geleistet. Nachdem sie jahrelang die Wechselwirkung zwischen Materie und elektromagnetischer Strahlung untersucht hatten, erweiterten sie das Verständnis der Wissenschaftler dafür, was in Materialien in Bezug auf die Absorption von Licht – und die Umwandlung dieses Lichts in Energie – geschieht.

“Das aktuelle Projekt baut auf unseren umfangreichen Erfahrungen auf und eröffnet die Möglichkeit, die CO2-Abscheidung mit der Photosynthese zu kombinieren”, sagte Glusac.

Glusac und ihr Team planen den Einsatz der Advanced Photon Source (APS) von Argonne, der Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) von SLAC und der Linac Coherent Light Source (LCLS) von SLAC – alle sind DOE Office of Science User Facilities – zur Erfassung von Röntgenabsorptions- und Streuungsmessungen, um die Mechanismen der CO2-Abscheidung und Photokonversion besser zu verstehen.

Der Hochenergie-Speicherring der APS erzeugt ultrahelle, harte Röntgenstrahlen für die Forschung in fast allen wissenschaftlichen Disziplinen, während die SSRL elektromagnetische Strahlung im Röntgen-, Ultraviolett-, sichtbaren und Infrarotbereich liefert, die von in einem Speicherring zirkulierenden Elektronen erzeugt wird. LCLS macht Röntgenschnappschüsse von Atomen und Molekülen bei der Arbeit und liefert atomare Auflösungsdetails auf ultraschnellen Zeitskalen, um grundlegende Prozesse in Materialien, Technologie und Lebewesen aufzuzeigen.

Glusac und ihr Team werden diese Messungen an Proben supramolekularer Strukturen vornehmen, die als MOFs (metal-organische Gerüste) bezeichnet werden und Sonnenlicht absorbieren und ernten können, sowie an Knotenpunkten, die zwei Arten von Katalysatoren beherbergen: Reduktionskatalysatoren, die CO2 aus der Luft einfangen und zu wertschöpfenden Chemikalien reduzieren können, und Oxidationskatalysatoren, die Wasser in Sauerstoff umwandeln können.

“Unser Ansatz zielt darauf ab, CO2-Abscheidung und künstliche Photosynthese in einem einzigen Prozess zu kombinieren, der photoreaktive Abscheidung genannt wird”, sagte Glusac. “Wir werden molekulare Photoreaktoren erforschen, die sowohl CO2 waschen als auch Sonnenlicht nutzen können, um es in nützliche Chemikalien umzuwandeln. Wir haben große Hoffnung für dieses Unterfangen”.

Das Laboratory Computing Resource Center von Argonne wird die rechnergestützten Untersuchungen der CO2-Abscheidungs- und Umwandlungsmechanismen durchführen.

Neben Glusac gehören zum Team von Argonne Lin Chen, David Kaphan, Karen Mulfort, Alex Martinson, David Tiede und Peter Zapol. Amy Cordones-Hahn vom SLAC vervollständigt die Gruppe.

Die Projekte wurden durch ein kompetitives Peer-Review-Verfahren ausgewählt und vom Office of Science des DOE unterstützt.

Share.

Leave A Reply