Forskare har kämpat i åratal för att härma växternas förmåga att omvandla solljus till energi genom fotosyntesen eftersom det skulle innebära ett genombrott för den gröna omställningen.
Nu har forskare från elituniversitetet Cambridge i England hittat den hittills bästa lösningen på problemet.
Den nya uppfinningen är ett så kallat “fotoark”, som tar koldioxid, vatten och solljus och omvandlar dessa till syre och myrsyra, som i sin tur kan lagras som bränsle.
Prototypen av fotoarket är endast fyra gånger fem centimeter, men kan enligt forskarna enkelt skalas upp till flera kvadratmeter och på så sätt ingå i större anläggningar (jämför med solfarmar).
Myrsyran kan användas som ett bränsle i sig – den är flytande och lätt att lagra och transportera – men den innehåller också väte och kan därför omvandlas till vätgas som därefter kan användas i bränslesceller i exempelvis vätgasbilar.
Efterliknar naturens fotosyntes
Vanlig fotosyntes fungerar ungefär på så sätt att växten omvandlar energi från solljuset, koldioxid från luften och vatten från jorden till syre och kemisk energi i form av kolhydratbaserad biomassa - sockerämnen - i växten.
Fotoarket fungerar på ungefär samma sätt, men den kemiska energin som kommer ut i andra änden består av myrsyra istället för kolhydrater.
Fotoarket består av en guldplatta på 20 kvadratcentimeter som är belagd med ett speciellt kemiskt pulver. Beläggningen fungerar som en fotokatalysator som reagerar med solljuset. Plattan är gjord av guld eftersom det stimulerar den katalyserande beläggningen.
När fotoarket ansluts till vatten och koldioxid och träffas av solens strålar producerar det myrsyra, som kan omvandlas till miljövänlig vätgas.
Guldplattan sänks ned i vatten och när solens ljus träffar den kemiska beläggningen sätts en fotokatalytisk process igång, där elektroner frigörs av ljusets fotoner. Det skapar fria radikaler – det vill säga instabila atomer – som reagerar med det tillgängliga vattnet och koldioxid tills endast syre och myrsyra återstår.
Myrsyran kan därefter köras genom ännu en katalytisk process som omvandlar syran till vätgas.
Så förvandlas myrsyran till bränsle och el:
Flytande myrsyra – formic acid eller CH2O2 – lagras i en tank och pumpas därifrån över till en så kallad reformer, där katalysatorn rutenium (en platinametall) omvandlar myrsyran till koldioxid och väte i gasform. Gaserna driver bränslesceller och producerar ström – medan restprodukten koldioxid kan återvinnas för att skapa ännu mer myrsyra. Det enda övriga restprodukten i processen är vatten.
Kan bli källa för miljövänlig vätgas
Vätgas har i dag svårt att konkurrera med batterier, vilket är det sätt som är det föredragna sättet att lagra miljövänlig energi på – bland annat eftersom vätgasproduktionen främst sker genom att naturgas omvandlas vid höga temperaturer. Processen kräver mycket energi och släpper ut stora mängder koldioxid.
Men potentialen är stor. För när vätgas omvandlas till el i en bränslescell är det enbart vatten som släpps ut.
Om det nya fotoarket kan göras så effektivt att det är värt att skala upp i massproduktion kan det bli ett genombrott för vätgasekonomin. Den artificiella fotosyntesen kräver nämligen endast solljus för att producera energi, som kan lagras som miljövänlig vätgas.
