Britische Forscher haben solarbetriebene künstliche Blätter entwickelt, die Kohlendioxid und Wasser in flüssige Kraftstoffe umwandeln, die als Drop-in-Kraftstoff direkt in den Motor eines Autos gegeben werden können.
Wissenschaftler der Universität Cambridge nutzten die Kraft der Photosynthese – den Prozess, bei dem Pflanzen Sonnenlicht in Energie umwandeln –, um CO2, Wasser und Sonnenlicht in einem einzigen Schritt in Kraftstoffe mit mehreren Kohlenstoffatomen – Ethanol und Propanol – umzuwandeln.
Diese Kraftstoffe haben eine hohe Energiedichte und lassen sich gut lagern oder transportieren.
Der Studie zufolge erzeugen diese Solarbrennstoffe im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen Netto-CO2-Emissionen von Null und sind vollständig erneuerbar.
Sonnenlicht auf die künstlichen Blätter zu scheinen und aus Kohlendioxid und Wasser flüssigen Treibstoff zu gewinnen, ist ein erstaunliches Stück Chemie
Dr. Motiar Rahaman, Universität Cambridge
Sie entziehen auch keine landwirtschaftlichen Flächen der Lebensmittelproduktion.
Professor Erwin Reisner, der die Forschung leitete, sagte: „Biokraftstoffe wie Ethanol sind eine umstrittene Technologie, nicht zuletzt, weil sie landwirtschaftliche Flächen beanspruchen, die stattdessen für den Anbau von Nahrungsmitteln genutzt werden könnten.“
Obwohl sich die Technologie noch im Labormaßstab befindet, sagen Forscher, dass ihre künstlichen Blätter einen wichtigen Schritt beim Übergang weg von einer auf fossilen Brennstoffen basierenden Wirtschaft darstellen.
Dr. Motiar Rahaman, der Erstautor der Studie, sagte: „Die künstlichen Blätter mit Sonnenlicht zu bestrahlen und aus Kohlendioxid und Wasser flüssigen Treibstoff zu gewinnen, ist ein erstaunliches Stück Chemie.“
„Wenn man versucht, CO2 mithilfe eines künstlichen Blattgeräts in ein anderes chemisches Produkt umzuwandeln, erhält man normalerweise fast immer Kohlenmonoxid oder Synthesegas, aber hier ist es uns gelungen, allein mit der Kraft der Sonne einen praktischen Flüssigbrennstoff herzustellen. Es ist ein aufregender Fortschritt, der unserer Arbeit völlig neue Möglichkeiten eröffnet.“
Bioethanol wird als sauberere Alternative zu Benzin angepriesen, da es aus Pflanzen statt aus fossilen Brennstoffen hergestellt wird.
Die meisten Pkw und Lkw auf den Straßen werden heute mit Benzin betrieben, das bis zu 10 % Ethanol enthält (E10-Kraftstoff).
Professor Erwin Reisner, der die Forschung leitete, und Kollegen am Yusuf Hamied Department of Chemistry entwickeln seit Jahren nachhaltige, kohlenstofffreie Kraftstoffe, die von der Photosynthese inspiriert sind.
Bisher konnten aus diesen künstlichen Blättern nur einfache Chemikalien wie Synthesegas hergestellt werden, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, die zur Herstellung von Kraftstoffen, Arzneimitteln, Kunststoffen und Düngemitteln verwendet wird.
Um die Technologie jedoch praktischer zu machen, müsste sie in der Lage sein, komplexere Chemikalien direkt in einem einzigen solarbetriebenen Schritt herzustellen.
Laut der neuen Studie, die in Nature Energy veröffentlicht wurde, kann das künstliche Blatt direkt sauberes Ethanol und Propanol produzieren, ohne dass der Zwischenschritt der Herstellung von Synthesegas erforderlich ist.
Während es anderen Wissenschaftlern gelungen ist, ähnliche Chemikalien mithilfe von elektrischer Energie herzustellen, sagen die Forscher, dass dies das erste Mal sei, dass solch komplexe Chemikalien mit einem künstlichen Blatt hergestellt wurden, bei dem nur die Energie der Sonne genutzt wurde.
Derzeit ist das Gerät ein Proof of Concept und weist nur eine mäßige Effizienz auf.
Die Forscher arbeiten daran, die Lichtabsorber zu verbessern, damit sie das Sonnenlicht besser absorbieren können, und den Katalysator zu optimieren, damit er mehr Sonnenlicht in Kraftstoff umwandeln kann.