Kawanishi, Japan, 15. november 2022 /PRNewswire/ — Miljøproblemer som klimaforandringer, udtømning af naturressourcer, udryddelse af arter, plastikforurening og skovrydning forværres verden over på grund af en befolkningseksplosion.
Kuldioxid (CO2) er en drivhusgas og en af ​​hovedårsagerne til klimaændringer. I den forbindelse kan en proces kendt som "kunstig fotosyntese (CO2-fotoreduktion)" producere organisk råmateriale til brændstoffer og kemikalier fra CO2, vand og solenergi, ligesom planter gør. Samtidig reducerer de også CO2-udledningen, da CO2 bruges som råmateriale til produktion af energi og kemiske ressourcer. Derfor betragtes kunstig fotosyntese som en af ​​de nyeste grønne teknologier.
MOF'er (Metal Organic Frameworks) er ultraporøse materialer sammensat af klynger af uorganiske metaller og organiske linkere. De kan kontrolleres på molekylært niveau i nanometerområdet og har et stort overfladeareal. På grund af disse egenskaber kan MOF'er anvendes til gaslagring, separation, metaladsorption, katalyse, lægemiddelafgivelse, vandbehandling, sensorer, elektroder, filtre osv. For nylig har man fundet ud af, at MOF'er har CO2-indfangningsevne, der kan fotoreduceres CO2, det vil sige kunstig fotosyntese.
Kvanteprikker er derimod ultratynde materialer (0,5-9 nm), hvis optiske egenskaber er i overensstemmelse med reglerne for kvantekemi og kvantemekanik. De kaldes "kunstige atomer eller kunstige molekyler", fordi hver kvanteprik kun består af et par eller et par tusinde atomer eller molekyler. I dette størrelsesområde er elektronernes energiniveauer ikke længere kontinuerlige og adskilles på grund af et fysisk fænomen kendt som kvanteindeslutningseffekten. I dette tilfælde vil bølgelængden af ​​det udsendte lys afhænge af størrelsen af ​​kvanteprikkerne. Disse kvanteprikker kan også anvendes i kunstig fotosyntese på grund af deres høje lysabsorptionskapacitet, evne til at generere flere excitoner og store overfladeareal.
Både MOF'er og kvanteprikker er blevet syntetiseret under Green Science Alliance. Tidligere har de med succes brugt MOF-kvanteprikker i kompositmaterialer til at producere myresyre som en speciel katalysator til kunstig fotosyntese. Disse katalysatorer er dog i pulverform, og disse katalysatorpulvere skal opsamles ved filtrering i hver proces. Da disse processer ikke er kontinuerlige, er de derfor vanskelige at anvende i praksis i industrien.
Som svar herpå brugte hr. Tetsuro Kajino, hr. Hirohisa Iwabayashi og Dr. Ryohei Mori fra Green Science Alliance Co., Ltd. deres teknologi til at immobilisere disse specielle kunstige fotosyntesekatalysatorer på billige tekstilark og udviklede en ny proces til produktion af myresyre, som kan fungere kontinuerligt i praktiske industrielle anvendelser. Efter afslutningen af ​​den kunstige fotosyntesereaktion kan vandet, der indeholder myresyre, tages ud til ekstraktion, og nyt frisk vand kan tilsættes beholderen for kontinuerligt at genoptage den kunstige fotosyntese.
Myresyre kan erstatte brintbrændstof. En af hovedårsagerne til at forhindre spredningen af ​​et brintsamfund rundt om i verden er, at brint er det mindste atom i universet, så det er vanskeligt at lagre det, og produktionen af ​​en brinttank med en høj forseglingseffekt vil være meget dyr. Derudover kan brintgas være eksplosiv og udgøre en sikkerhedsrisiko. Da myresyre er en væske, er den lettere at lagre som brændstof. Om nødvendigt kan myresyre bruges til at katalysere produktionen af ​​brint in situ. Derudover kan myresyre bruges som råmateriale til forskellige kemikalier.
Selvom effektiviteten af ​​kunstig fotosyntese stadig er lav, vil Green Science Alliance fortsætte med at kæmpe for effektivitetsforbedringer for at etablere praktiske anvendelser af kunstig fotosyntese.