Amin Salehi-Khojin (l) met medewerkers in zijn lab (afb: univ. van Illinois)

Ongeveer een anderhalf jaar geleden meldde ik dat onderzoekers van de Harvard-universiteit een ‘kunstblad’ hadden gemaakt waarmee zonlicht is om te zetten in brandstof. Daar bij hadden de onderzoekers de hulp nodig van een bacterie en dat maakt dergelijke systemen weinig praktisch. Onderzoekers van de universiteit van Illinois hebben nu een kunstblad in elkaar gestoken waarbij ze, naar eigen zeggen, een nieuw type katalysatoren hebben gebruikt in combinatie met een ionische vloeistof: overgangsmetaalchalcogenides, verbindingen tussen overgangsmetalen en elementen uit de zuurstofgroep, zoals zuurstof, zwavel, seleen en telluur. Een voorbeeld daarvan is wolfraamselenide. 

Het is al vaak geprobeerd de natuur na te doen, maar de resultaten daarvan laten vaak te wensen over. Een van die ‘kwellende’ systemen is de fotosynthese, de omzetting van zonlicht, kooldioxide en water in een reeks van organische verbindingen. De meeste organismen kunnen dit kunstje niet en zijn daarom voor hun energievoorziening aangewezen op, in basis, planten.
Het is al vaker vertoond dat onderzoekers een ‘kunstblad’ hebben gefabriekt, maar er zaten altijd wel wat zwakke punten aan zo’n systeem, zoals, onder veel meer, het gebruik van dure katalysatoren. De onderzoekers rond Amin Salehi-Khosjin denken met de nieuwe (?) katalysatoren de oplossing gevonden te hebben voor een belangrijke hindernis in de ontwikkeling van het kunstblad.
De resultaten van de metaalchalcogenides zouden die van edelmetaalkatalystoren overtreffen, terwijl ze ook nog eens goedkoper zijn. De ionische vloeistof, een laagsmeltend (smeltpunt lager dan 100°C) vloeibaar zout, beschermt de katalysator tegen ontbinding door reductiereacties.
In de opzet zorgen twee zonnecellen voor de energie die nodig is om water en kooldioxide om te zetten in de energierijke koolwaterstofverbindingen. De katalysator, wolfraamselenide, bevindt zich aan de kathodekant van een elektrolysecel, door een membraan gescheiden van de anode bestaand uit kobaltoxide in kaliumfosfaat. Als de cel van energie voorzien wordt ontstaat er waterstof en koolmonoxide aan de kathode en zuurstof en waterstofionen aan de anode. De waterstofionen wandelen door de ionische vloeistof en het membraan naar de kathode waar ze meehelpen aan de kooldioxidereductie. Per saldo ontstaan er dus waterstof, koolmonoxide en zuurstof.

Brandstofcellen

Koolmonoxide en waterstof kunnen, al dan niet via brandstofcellen, direct verbrand worden of verder chemisch worden omgezet in brandstof. Salehi: “In plaats van fossiele brandstoffen om te zetten in broeikasgassen, kunnen we met dit proces koolstof uit de atmosfeer met behulp van zonlicht omzetten in brandstoffen.”
De onderzoekers vijlen nu nog aan verbeteringen, De patenten op het systeem zouden al zijn aangevraagd. Volgens de onderzoekers kunnen hun ‘kunstbladeren’ niet alleen worden ingezet in grootschalige zonne-energiecentrales, maar ook bij kleinere systemen. Ze zien zelfs mogelijkheden in de ruimtevaart. Zo zou, bijvoorbeeld, op Mars energie zijn te winnen, omdat de, uiterst ijle, Marsatmosfeer grotendeels uit kooldioxide bestaat. Eerst maar eens zien wat het kunstblad dit keer gaat opleveren…

Bron: bdw