Nowe paliwa ze sztucznej fotosyntezy na bańkach mydlanych

Możesz tworzyć nowe paliwa zeroemisyjne korzystając z tych samych procesów, które realizuje natura? Tak, według badaczy z Uniwersytetu w Uppsali prowadzących projekt badawczy SoFiA (sztuczna fotosynteza filmu mydlanego), w którym uczestniczą także Uniwersytet w Lejdzie, Uniwersytet w Amsterdamie, Politechnika w Turynie i kilka międzynarodowych instytutów badawczych.

Celem projektu, który w 2019 roku otrzymał dofinansowanie z Komisji Europejskiej w wysokości 3,2 mln euro, jest przekształcić CO2 w paliwo i surowce dla przemysłu naśladując błonę tylakoidową liści, gdzie zachodzi jasna faza fotosyntezy.

Dziś cele projektu SoFiA wydają się bliższe: najnowszy ważny wkład pochodzi od badaczy Politechnika w Turynie, którzy w nowo opublikowanym badaniu po raz pierwszy wykazali możliwość wykorzystania m.in film mydlany jako membrany reaktywne, torując drogę do produkcji paliw słonecznych z CO2.

O krok bliżej do paliw słonecznych wytwarzanych… z powietrza
Dwutlenek węgla jest zasobem, a atmosfera jest jego… „moją”

Jak skonstruować bańkę mydlaną: włoskie badanie

Nowe badanie dot Politechnika w Turynie, właśnie opublikowany w „Listy z przeglądu fizycznego” przez zespół badaczy koordynowany przez profesora Eliodora Chiavazzo, pokazuje, jak tworzyć dysymetrie w filmach mydlanychczyli jak zaprojektować „cienkie ścianki bardzo powszechnych baniek mydlanych”.

Folie mydlane mają typową symetryczną, przypominającą kanapkę budowę, w której są dwie cienkie filmy powierzchniowo czynne zawierają pewną ilość wody: badacze opracowali proces, który umożliwia „przełamanie” tej symetrii poprzez wykorzystanie asymetrycznego osadzania środków chemicznych za pośrednictwem aerozolu na powierzchni folii.

Wynik ten przekłada się na możliwość wykorzystania filmów mydlanych jako reaktywne membrany (samonaprawiające się i tanie) do różnych zastosowań energetycznych, w tym m.in procesy fotokatalityczne do produkcji paliw słonecznych, takich jak tlenek węgla z CO2. Tam naturalna fotosyntezaw rzeczywistości opiera się właśnie na asymetrii.

"Jesteśmy dumni, że wkład Politechniki miał decydujący wpływ na identyfikację prawidłowej techniki dopingu i sformułowanie teoretycznego zrozumienia procesów leżących u podstaw tej technologii– wyjaśnia profesor Eliodora Chiavazzo.

"Zademonstrowaliśmy to na filmach mydlanych– kontynuuje profesor – „ma ogromną wartość nie tylko naukową, ale także technologiczną, ponieważ daje nam tanią i łatwą w budowie platformę, w której możliwe jest kontrolowanie stopnia symetrii w skali atomistycznej".

Niespodzianki chemii: tak odpady z tworzyw sztucznych stają się mydłem
Chemia przyszłości: nowe wyzwania przemysłu dla zrównoważonego rozwoju

SoFiA, możliwa sztuczna fotosynteza na błonie mydlanej

Nowe badanie przeprowadzone przez Politechnikę w Turynie stanowi najnowszy ważny wkład w duży projekt badawczy rozpoczęty w 2019 r. i możliwy dzięki współpracy wielu uniwersytetów i ośrodków badawczych na poziomie międzynarodowym: „Wraz z międzynarodową grupą współpracowników od lat pracujemy nad zastosowaniem takich struktur filmowych jak membrany reaktywne„Wyjaśnia Luca Bergamasco, wśród autorów badania.

Badania są częścią multidyscyplinarnego programu Projektu Europejskiego SoFiA (sztuczna fotosynteza filmu mydlanego), która polega m.inUniwersytet w Uppsali, L "Uniwersytet w Leiden i l 'Uniwersytet w Amsterdamie.

U podstaw projektu leży ambitny cel naśladują błonę tylakoidową liści, czyli taki, w którym zachodzą procesy lekkiej fazy fotosyntezy, mające na celu wytworzenie sztucznej „syntezy chlorofilu”, z której można pozyskać paliwa słoneczne.

"Fotosynteza wychwytuje światło słoneczne i wykorzystuje jego energię do wywoływania reakcji chemicznych, w wyniku których gromadzą się substancje bogate w energię, takie jak węglowodany", On tłumaczy Leifa Hammarströma, profesor fizyki chemicznej w laboratorium Ångström na Uniwersytecie w Uppsali i koordynator projektu.

Plastik i chemia: wszystkie zarysy… „niebezpiecznego” związku
Wystarczy kropla oleju, aby zmienić morski ekosystem

Sztuczna fotosynteza realną alternatywą dla paliw kopalnych

Większość paliw, takich jak etanol i wodór, jest obecnie produkowana z źródła kopalne, wykorzystując ropę naftową jako surowiec. Zdaniem naukowców jednak sztuczna fotosynteza stanowi ważną, zrównoważoną i skuteczną alternatywę dla tego procesu. Jako zamiennik pochodne ropy naftowej, oni przywykli słońce, woda, CO2 i cienka warstwa mydła.

Używając techniki podobnej do tej z ogniwa słoneczne, do czego zdolna jest sztuczna fotosynteza badana przez profesora Hammarströma produkować paliwo w postaci gazowej lub płynnej, symulując to, co dzieje się w roślinach, czyli przekształcając energię słoneczną w energię chemiczną.

Pomysł naukowców polega zatem na naśladowaniu błony tylakoidów za pomocą błon mydlanych zawierających klasy katalizatory, środki powierzchniowo czynne cząsteczki otrzymane z bardzo obfite materiały na Ziemi.

"Większość naszych badań koncentruje się na podstawowych pracach naukowych, podczas których staramy się zrozumieć podstawowe zasady i opracować nowe katalizatory i mechanizmy”, wyjaśnia Hammarström w wywiadzie z 2022 r., „To jest o przyspieszyć reakcję chemiczną dzięki czemu procesy stają się bardziej energooszczędne".

Inżynieria genetyczna dla zrównoważonego rolnictwa i żywności
Oto pierwsze lody waniliowe wyprodukowane z... odpadów plastikowych

Fotosynteza dla paliw zrównoważonych: więcej niż… mydło

Na Wydziale Chemii UM Laboratorium w Ångström nie tylko grupa Leifa Hammarströma zajmuje się bańkami mydlanymi i środkami powierzchniowo czynnymi. W zespole badawczym koordynowanym przez Pię Lindberg, na przykład staramy się pozyskiwać paliwa niekopalne, wykorzystując naturalną fotosyntezę przeprowadzaną przez genetycznie modyfikowane sinice.

Zwykle cyjanobakterie do wzrostu wykorzystują fotosyntezę, aleInżynieria genetyczna może „przekonać” ich do zrobienia czegoś zupełnie innego, np produkować butanol.

"Pomysł polega na produkcji odnawialnych substancji chemicznych i paliw z dwutlenku węgla znajdującego się w atmosferze przy użyciu mikroorganizmów”, wyjaśnia Lindberg, „wykorzystanie fotosyntezy bezpośrednio w genetycznie zmodyfikowanych mikroorganizmach, gdzie możemy kontrolować to, co mikroorganizm robi i produkuje".

Wielką zaletą tej metody, wyjaśnia profesor Lindberg, jest to, że „wykorzystuje dwutlenek węgla z atmosferyco oznacza, że ​​nie potrzebuje cukru, ale w pełni wykorzystuje procesy zachodzące w organizmie".

Najnowsze wyniki tego kierunku badań sięgają maja 2023 r., kiedy zespół Lindberga opublikował badanie wykazujące, że zmodyfikowane sinice mogą wytwarzać izopren (a zrównoważone paliwo syntetyczne idealny dla lotnictwa), wykorzystujący energię słoneczną i dwutlenek węgla obecny w powietrzu.

Ambitny projekt produkcji paliw o zerowej emisji CO2, które angażują grupy badaczy z całego świata, jest coraz bliżej rzeczywistości.

Wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla: jak powinniśmy wykorzystywać CO2?
Wychwytywanie i składowanie CO2: 5 strategii na drodze do zera netto