ก๊าซสังเคราะห์ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์สามารถรีไซเคิลคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นเชื้อเพลิงและสารเคมีที่มีประโยชน์ได้ ทีมนักวิจัยนานาชาติได้แสดงให้เห็น
“ถ้าเราสามารถผลิตซินกาสจากคาร์บอนไดออกไซด์ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพียงอย่างเดียว เราก็สามารถใช้สิ่งนี้เป็นสารตั้งต้นสำหรับเมทานอล สารเคมี และเชื้อเพลิงอื่นๆ สิ่งนี้จะช่วยลดการปล่อย CO2 โดยรวมได้อย่างมาก” Zetian Miศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ที่มหาวิทยาลัยมิชิแกน ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษาที่ตีพิมพ์ใน Proceedings of the National Academy of Science กล่าว
ประกอบด้วยไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นส่วนใหญ่ที่มีก๊าซมีเทนเล็กน้อย ซินกาสมักได้มาจากเชื้อเพลิงฟอสซิลด้วยความช่วยเหลือของไฟฟ้า นอกจากนี้ มักจะเติมสารเคมีที่เป็นพิษเพื่อให้กระบวนการมีประสิทธิภาพมากขึ้น
Roksana Rashid ผู้เขียนคนแรกของการศึกษากล่าวว่ากระบวนการใหม่ของเราค่อนข้างเรียบง่าย แต่น่าตื่นเต้นเพราะไม่เป็นพิษ มีความยั่งยืนและคุ้มค่ามาก มหาวิทยาลัยแมคกิลล์ในแคนาดา
เพื่อสร้างกระบวนการที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์เท่านั้น กลุ่มของ Mi ได้เอาชนะความยากลำบากในการแยกโมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากกัน ซึ่งเป็นกลุ่มที่มีความเสถียรที่สุดในจักรวาล ด้วยเหตุนี้พวกเขาจึงพาดพิงถึงป่าของสายนาโนเซมิคอนดักเตอร์ที่มีอนุภาคนาโน อนุภาคนาโนเหล่านั้น ซึ่งทำจากทองคำที่เคลือบด้วยโครเมียมออกไซด์ ดึงดูดโมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์และงอตัว ทำให้พันธะระหว่างคาร์บอนกับออกซิเจนอ่อนแอลง
nanowires แกลเลียมไนไตรด์ใช้พลังงานแสงเพื่อปลดปล่อยอิเล็กตรอนและช่องว่างที่มีประจุบวกทิ้งไว้เบื้องหลังซึ่งเรียกว่ารู หลุมแยกโมเลกุลของน้ำแยกโปรตอน (ไฮโดรเจน) ออกจากออกซิเจน จากนั้นที่ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ อิเล็กตรอนจะแยกคาร์บอนไดออกไซด์ออก ทำให้เกิดคาร์บอนมอนอกไซด์และบางครั้งก็ดึงไฮโดรเจนอิสระเพื่อสร้างมีเทน กระบวนการอยู่ระหว่างการพัฒนาเพื่อแยกออกซิเจนออกจากก๊าซอื่นๆ
“เทคโนโลยีของเราให้ความกระจ่างเกี่ยวกับวิธีสร้างการผลิตซิงก์แบบกระจายจากอากาศ น้ำ และแสงแดด” Baowen Zhouผู้เขียนร่วมของการศึกษาวิจัยร่วมกับ Mi และอดีตนักวิจัยดุษฎีบัณฑิตในห้องปฏิบัติการของ Mi ที่ McGill University และ UM กล่าว
ด้วยการเปลี่ยนอัตราส่วนของทองคำเป็นโครเมียมออกไซด์ในอนุภาคนาโน ทีมงานของ Mi สามารถควบคุมปริมาณสัมพัทธ์ของไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาได้ นี่เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากอัตราส่วนของไฮโดรเจนกับคาร์บอนมอนอกไซด์ส่งผลต่อความง่ายในการผลิตเชื้อเพลิงหรือสารเคมีชนิดหนึ่ง
“สิ่งที่น่าประหลาดใจคือการทำงานร่วมกันระหว่างทองคำและโครเมียมออกไซด์เพื่อทำให้การลด CO2 เป็นซินแก๊สมีประสิทธิภาพและปรับได้ นั่นเป็นไปไม่ได้ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะตัวเดียว” Mi กล่าว “นี่เป็นการเปิดโอกาสที่น่าตื่นเต้นมากมายที่ไม่เคยถูกพิจารณามาก่อน”
การตั้งค่า syngas ที่ปรับได้ของ Mi ใช้กระบวนการผลิตระดับอุตสาหกรรมมาตรฐาน และสามารถปรับขนาดได้ ในขณะที่ราชิดใช้น้ำกลั่นในการทดลองนี้ คาดว่าน้ำทะเลและสารละลายอิเล็กโทรไลต์อื่นๆ จะใช้งานได้ และ Mi ได้ใช้ในการศึกษาการแยกน้ำที่เกี่ยวข้อง
“เซมิคอนดักเตอร์ที่เราใช้เป็นตัวดูดซับแสงนั้นใช้ซิลิกอนและแกลเลียมไนไตรด์ ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำที่ผลิตโดยทั่วไปมากที่สุด และเราใช้วัสดุเพียงเล็กน้อยสำหรับแกลเลียมไนไตรด์ ลวดนาโนแต่ละเส้นมีความหนาประมาณหนึ่งไมโครเมตร” Mi กล่าว
เป้าหมายต่อไปของ Mi คือการเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่ 0.89% เมื่อ 10% ของพลังงานแสงถูกแปลงเป็นพลังงานเคมี เขาหวังว่าเทคโนโลยีดังกล่าวจะเห็นว่าเทคโนโลยีนี้สามารถนำมาใช้เป็นพลังงานหมุนเวียนได้ เช่นเดียวกับเซลล์แสงอาทิตย์
โครงการนี้ได้รับการสนับสนุนผ่าน Emission Reduction Alberta ERA ซึ่งตั้งอยู่ที่ McGill University ในแคนาดา ซึ่งเคยเป็นบ้านของ Mi ผู้เขียนร่วมทุกคนมีความสัมพันธ์ในปัจจุบันหรือในอดีตกับ McGill ปัจจุบันราชิดเป็นนักวิจัยดุษฎีบัณฑิตสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ที่มหาวิทยาลัยวอเตอร์ลูในแคนาดา ปัจจุบัน Zhou เป็นรองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลที่ Shanghai Jiao Tong University
ข้อตกลงใบอนุญาตสำหรับทรัพย์สินทางปัญญาที่พัฒนาขึ้นในการศึกษานี้อยู่ในขั้นตอนการเจรจาเพื่อนำเทคโนโลยีออกสู่ตลาดและสร้างผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในเชิงบวก ทั้งสองบริษัทคือ NS Nanotech Inc. และ NX Fuels Inc ซึ่งทั้งคู่ก่อตั้งโดย Mi มหาวิทยาลัยมิชิแกนและมิชิแกนมีส่วนได้เสียทางการเงินในบริษัทเหล่านี้
บทคัดย่อการศึกษา: การ สร้างซินกัสสีเขียวที่ปรับได้ จาก CO2 และ H2O โดยมีแสงแดดเป็นพลังงานป้อนเข้าเพียงอย่างเดียว (DOI: 10.1073/pnas.2121174119)
