Solen hjälper koldioxid bli bränsle
Forskare vid Linköpings universitet vill omvandla växthusgasen koldioxid till bränsle genom att använda energi från solljus. De visar nu att det med deras teknik är möjligt att selektivt producera metan, kolmonoxid eller myrsyra av koldioxid och vatten.
Jianwu Sun och hans kollegor vid Linköpings universitet vill efterlikna växternas fotosyntes för att fånga koldioxid från luften och omvandla det till kemiskt bränsle, som metan, etanol och metanol. Metoden befinner sig på grundforskningsnivå i dag, och forskarnas långsiktiga mål är att på ett effektivt sätt kunna omvandla solenergi till bränsle.
– Genom att omvandla koldioxid till bränsle med hjälp av solenergi skulle den här tekniken kunna bidra till utveckling av förnybar energi och mildra klimatförändringar som drivs av förbränning av fossila bränslen, säger Jianwu Sun, universitetslektor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi, IFM, vid Linköpings universitet.
Forskarna har kombinerat grafen och kubiskt kiselkarbid för att utveckla en grafenbaserad fotoelektrod, som tar tillvara förmågan hos kubisk kiselkarbid att fånga upp energin i solljus och skapa laddningsbärare. Grafenets roll är att fungera som ett genomskinligt lager som är elektriskt ledande och samtidigt skyddar kiselkarbiden.
Egenskaperna hos grafenbaserad teknologi styrs av flera aspekter, där en viktig faktor är kvaliteten på gränssnittet där grafen och halvledarmaterial möts. I den aktuella studien visar forskarna hur de kan skräddarsy grafenlagren på kiselkarbid och kontrollera egenskaperna hos den grafenbaserade fotoelektroden. På så sätt blir omvandlingen av koldioxid mer effektiv, samtidigt som komponenten blir mer stabil.
Forskarnas fotoelektrod kan kombineras med katoder av olika metaller, som koppar, zink eller vismut. Olika kemiska ämnen, som metan, kolmonoxid och myrsyra, kan bildas av koldioxid och vatten beroende på vilken katod som används.
– Framför allt visar vi att vi med hjälp av solenergi kan styra omvandlingen av koldioxid till metan, kolmonoxid eller myrsyra, säger Jianwu Sun.
Metangas används som bränsle i fordon anpassade för gasbränsle. Kolmonoxid och myrsyra skulle antingen kunna omvandlas vidare så att de kan fungera som bränsle, eller användas inom industrin.
Forskningen har finansierats med stöd av bland annat Vetenskapsrådet, FORMAS och Stiftelsen för internationalisering av högre utbildning och forskning, STINT. Studien publiceras i ACS Nano.