Wetenschappers ontwikkelen drijvende bladeren van perovskiet voor productie solar fuels

De onderzoekers van de Universiteit van Cambridge ontwierpen onder leiding van professor Erwin Reisner ultradunne, flexibele, kunstmatige bladeren die geïnspireerd zijn op fotosynthese; het proces waarbij planten zonlicht omzetten in voedsel. Omdat ze licht genoeg zijn om te drijven, kunnen ze volgens de wetenschappers worden gebruikt om een duurzaam alternatief voor benzine te genereren zonder ruimte op land in te nemen.

Proeven
Proeven met de lichtgewicht bladeren op de rivier de Cam – in de buurt van iconische locaties in Cambridge zoals de Bridge of Sighs, de Wren Library en King’s College Chapel – hebben volgens de onderzoekers laten zien dat ze zonlicht net zo efficiënt in brandstoffen kunnen omzetten als bladeren van planten.

Het is de eerste keer dat schone brandstof is gegenereerd op water en als de technologie wordt opgeschaald, kunnen de kunstmatige bladeren volgens de onderzoekers worden gebruikt op vervuilde wateren in havens en zelfs op zee, en kunnen ze de afhankelijkheid van de wereldwijde scheepvaartindustrie van fossiele brandstoffen helpen verminderen. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.

Perovskieten
Voor de kunstmatige bladeren lieten de onderzoekers zich inspireren door de elektronica-industrie, waar miniaturisatietechnieken hebben geleid tot de creatie van smartphones en flexibele displays en een revolutie teweegbrachten.

De uitdaging voor de Cambridge-onderzoekers was hoe ze lichtabsorberende stoffen op lichtgewicht substraten konden deponeren en deze konden beschermen tegen water. Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, gebruikte het team dunne-filmmetaaloxiden en perovskieten die kunnen worden gecoat op flexibel plastic en metaalfolie. De apparaten waren bedekt met micrometer dunne, waterafstotende lagen op koolstofbasis.

Solar fuels
‘Onze studie toont aan dat kunstmatige bladeren compatibel zijn met moderne fabricagetechnieken, wat een vroege stap is in de richting van de automatisering en opschaling van de productie van solar fuels’, aldus onderzoeker Virgil Andrei. ‘Deze bladeren combineren de voordelen van de meeste solar fuels-technologieën.’

Tests van de nieuwe kunstmatige bladeren toonden aan dat ze water kunnen splitsen in waterstof en zuurstof, of CO2 kunnen reduceren tot synthesegas; een gasmengsel van koolstofmonoxide en waterstofgas. Hoewel aanvullende verbeteringen nodig zijn voordat de kunstmatige bladeren klaar zijn voor commerciële toepassingen, stellen de onderzoekers dat deze ontwikkeling nieuwe wegen opent. ‘Zonneparken zijn populair geworden voor elektriciteitsproductie en we voorzien soortgelijke parken voor synthetische brandstoffen’, aldus Andrei. ‘Deze kunnen kustnederzettingen en afgelegen eilanden bevoorraden, industriële vijvers bedekken of waterverdamping uit irrigatiekanalen voorkomen. Veel technologieën voor hernieuwbare energie, waaronder solar fuels, kunnen grote hoeveelheden ruimte op land innemen, dus het verplaatsen van de productie naar open water zou betekenen dat schone energie en landgebruik niet met elkaar concurreren. In theorie zou je deze apparaten kunnen oprollen en ze bijna overal kunnen plaatsen.’