Νέα καύσιμα από τεχνητή φωτοσύνθεση σε σαπουνόφουσκες

Μπορείτε να δημιουργήσετε νέα καύσιμα μηδενικών εκπομπών χρησιμοποιώντας τις ίδιες διαδικασίες που εφαρμόζει η φύση; Ναι, σύμφωνα με τους ερευνητές του Πανεπιστημίου της Ουψάλα που ηγούνται του ερευνητικού προγράμματος SoFiA (Τεχνητή φωτοσύνθεση με φιλμ σαπουνιού), στο οποίο συμμετέχουν επίσης το Πανεπιστήμιο του Λέιντεν, το Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ, το Πολυτεχνείο του Τορίνο και πολλά διεθνή ερευνητικά ινστιτούτα.

Στόχος του έργου, το οποίο το 2019 έλαβε χρηματοδότηση 3,2 εκατ. ευρώ από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή, είναι να μετατρέπουν το CO2 σε καύσιμο και πρώτες ύλες για τη βιομηχανία μιμούμενοι τη θυλακοειδή μεμβράνη των φύλλων, όπου λαμβάνει χώρα η ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης.

Σήμερα οι στόχοι του έργου SoFiA φαίνονται πιο κοντά: η τελευταία σημαντική συνεισφορά προέρχεται από τους ερευνητές του Πολυτεχνείο του Τορίνο, οι οποίοι σε μια πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη απέδειξαν για πρώτη φορά τη δυνατότητα χρήσης i μεμβράνη σαπουνιού ως αντιδραστικές μεμβράνες, ανοίγοντας το δρόμο για την παραγωγή ηλιακών καυσίμων από CO2.

Ένα βήμα πιο κοντά στα ηλιακά καύσιμα που παράγονται… από τον αέρα
Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένας πόρος και η ατμόσφαιρα είναι… «δικό μου»

Πώς να κατασκευάσετε μια σαπουνόφουσκα: η ιταλική μελέτη

Η νέα μελέτη του Πολυτεχνείο του Τορίνο, μόλις δημοσιεύτηκε στο "Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης» από μια ομάδα ερευνητών με συντονιστή τον καθηγητή Eliodoro Chiavazzo, δείχνει πώς να δημιουργήσετε ασυμμετρίες σε μεμβράνες σαπουνιού, ή πώς να σχεδιάσετε "τα λεπτά τοιχώματα των πολύ κοινών σαπουνόφουσκες».

Οι μεμβράνες σαπουνιού έχουν μια τυπική συμμετρική, σαν σάντουιτς διαμόρφωση, στην οποία δύο λεπτά επιφανειοδραστικές μεμβράνες περιέχουν έναν ορισμένο όγκο νερού: οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια διαδικασία που επιτρέπει τη «σπάσιμο» αυτής της συμμετρίας εκμεταλλευόμενοι την ασύμμετρη εναπόθεση χημικών παραγόντων μέσω ενός αερολύματος στις επιφάνειες του φιλμ.

Αυτό το αποτέλεσμα μεταφράζεται σε δυνατότητα χρήσης μεμβρανών σαπουνιού ως αντιδραστικές μεμβράνες (αυτοίασης και χαμηλού κόστους) για διάφορες ενεργειακές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων i φωτοκαταλυτικές διεργασίες για την παραγωγή ηλιακών καυσίμων όπως μονοξείδιο του άνθρακα από CO2. Εκεί φυσική φωτοσύνθεση, στην πραγματικότητα, βασίζεται ακριβώς στην ασυμμετρία.

"Είμαστε περήφανοι που η συμβολή του Πολυτεχνείου υπήρξε καθοριστική στον εντοπισμό της σωστής τεχνικής ντόπινγκ και στη διαμόρφωση της θεωρητικής κατανόησης των διαδικασιών που διέπουν αυτήν την τεχνολογία"Εξηγεί ο καθηγητής Eliodoro Chiavazzo.

"Έχοντας το αποδείξει σε ταινίες σαπουνιού», συνεχίζει ο καθηγητής, «έχει μεγάλη αξία όχι μόνο επιστημονική αλλά και τεχνολογική, γιατί μας δίνει μια χαμηλού κόστους και εύκολη στην κατασκευή πλατφόρμα στην οποία είναι δυνατός ο έλεγχος του βαθμού συμμετρίας σε ατομική κλίμακα".

Οι εκπλήξεις της χημείας: έτσι τα πλαστικά απόβλητα γίνονται σαπούνι
Μελλοντική χημεία: οι νέες προκλήσεις του κλάδου για βιωσιμότητα

SoFiA, είναι δυνατή η τεχνητή φωτοσύνθεση σε φιλμ σαπουνιού

Η νέα μελέτη του Πολυτεχνείου του Τορίνο είναι η πιο πρόσφατη σημαντική συνεισφορά σε ένα μεγάλο ερευνητικό έργο που ξεκίνησε το 2019 και κατέστη δυνατή από τη συνεργασία πολλών πανεπιστημίων και ερευνητικών κέντρων σε διεθνές επίπεδο:Μαζί με μια διεθνή ομάδα συναδέλφων εργαζόμαστε εδώ και χρόνια για τη χρήση τέτοιων δομών φιλμ ως αντιδραστικές μεμβράνες"Λέει Λούκα Μπεργκαμάσκο, μεταξύ των συγγραφέων της μελέτης.

Η έρευνα είναι μέρος του πολυεπιστημονικού προγράμματος European Project SoFiA (τεχνητή φωτοσύνθεση μεμβράνης σαπουνιού), που περιλαμβάνει μεταξύ άλλων τοΠανεπιστήμιο της Ουψάλα, L 'Πανεπιστήμιο του Λάιντεν και l 'Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ.

Στη βάση του έργου, ο φιλόδοξος στόχος του μιμούνται τη θυλακοειδή μεμβράνη των φύλλων, αυτή στην οποία λαμβάνουν χώρα οι διεργασίες της φωτεινής φάσης της φωτοσύνθεσης, για να δημιουργηθεί μια τεχνητή «σύνθεση χλωροφύλλης» από την οποία θα λαμβάνονται ηλιακά καύσιμα.

"Η φωτοσύνθεση συλλαμβάνει το ηλιακό φως και χρησιμοποιεί την ενέργειά του για να οδηγήσει σε χημικές αντιδράσεις που συσσωρεύουν πλούσιες σε ενέργεια ουσίες όπως υδατάνθρακες", Εξηγεί Λέιφ Χάμαρστρομ, καθηγητής χημικής φυσικής στο Εργαστήριο Ångström στο Πανεπιστήμιο της Ουψάλα, καθώς και συντονιστής έργου.

Πλαστικό και χημεία: όλα τα περιγράμματα μιας... «επικίνδυνης» σχέσης
Μια σταγόνα λάδι είναι αρκετή για να αλλάξει το θαλάσσιο οικοσύστημα

Η τεχνητή φωτοσύνθεση ως πραγματική εναλλακτική λύση στα απολιθώματα

Τα περισσότερα καύσιμα όπως η αιθανόλη και το υδρογόνο παράγονται τώρα από απολιθωμάτων, αξιοποιώντας το πετρέλαιο ως πρώτη ύλη. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, ωστόσο, η τεχνητή φωτοσύνθεση αντιπροσωπεύει μια έγκυρη, βιώσιμη και αποτελεσματική εναλλακτική λύση σε αυτή τη διαδικασία. Ως αντικατάσταση για παράγωγα πετρελαίου, χρησιμοποιούνται ήλιο, νερό, CO2 και μια λεπτή μεμβράνη σαπουνιού.

Χρησιμοποιώντας μια τεχνική παρόμοια με αυτή του ηλιακά κύτταρα, η τεχνητή φωτοσύνθεση που μελέτησε ο καθηγητής Hammarström είναι ικανή παράγουν καύσιμα σε αέρια ή υγρή μορφή, προσομοιώνοντας αυτό που συμβαίνει στα φυτά, μετατρέποντας δηλαδή την ενέργεια του ήλιου σε χημική ενέργεια.

Επομένως, η ιδέα των επιστημόνων είναι να μιμηθούν τη θυλακοειδή μεμβράνη χρησιμοποιώντας μεμβράνες σαπουνιού που περιέχουν κατηγορίες τασιενεργά καταλύτη μόρια που λαμβάνονται από πολύ άφθονα υλικά στη Γη.

"Το μεγαλύτερο μέρος της έρευνάς μας περιστρέφεται γύρω από το έργο της βασικής επιστήμης όπου επιδιώκουμε να κατανοήσουμε τις πρώτες αρχές και να αναπτύξουμε νέους καταλύτες και μηχανισμούς», εξηγεί ο Hammarström σε μια συνέντευξη του 2022, «είναι περίπου επιταχύνουν τη χημική αντίδραση ώστε οι διαδικασίες να γίνουν πιο ενεργειακά αποδοτικές".

Γενετική μηχανική για βιώσιμη γεωργία και τρόφιμα
Ιδού το πρώτο παγωτό βανίλια που παράγεται από... πλαστικά απόβλητα

Φωτοσύνθεση για βιώσιμα καύσιμα: πέρα ​​από… σαπούνι

Στο Τμήμα Χημείας του Εργαστήριο Ångström δεν είναι μόνο η ομάδα του Leif Hammarström απασχολημένη με σαπουνόφουσκες και επιφανειοδραστικές ουσίες. Στην ερευνητική ομάδα που συντονίζει Πία Λίντμπεργκ, για παράδειγμα, προσπαθούμε να αποκτήσουμε μη ορυκτά καύσιμα εκμεταλλευόμενοι τη φυσική φωτοσύνθεση που πραγματοποιείται από γενετικά τροποποιημένα κυανοβακτήρια.

Κανονικά, τα κυανοβακτήρια χρησιμοποιούν φωτοσύνθεση για να αναπτυχθούν, αλλάγενετική μηχανική μπορεί να τους «πείσει» να κάνουν κάτι εντελώς διαφορετικό, π.χ παράγουν βουτανόλη.

"Η ιδέα είναι να παραχθούν ανανεώσιμες χημικές ουσίες και καύσιμα από διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα χρησιμοποιώντας μικροοργανισμούς», εξηγεί ο Λίντμπεργκ, «να χρησιμοποιήσουμε τη φωτοσύνθεση απευθείας σε γενετικά τροποποιημένους μικροοργανισμούς όπου μπορούμε να ελέγξουμε τι κάνει και παράγει ο μικροοργανισμός".

Το μεγάλο πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου, εξηγεί ο καθηγητής Lindberg, είναι ότι «χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα, που σημαίνει ότι δεν χρειάζεται ζάχαρη, αλλά αξιοποιεί πλήρως τη διαδικασία του ίδιου του οργανισμού".

Τα τελευταία αποτελέσματα αυτής της γραμμής έρευνας χρονολογούνται από τον Μάιο του 2023, όταν η ομάδα Lindberg δημοσίευσε μια μελέτη που αποδεικνύει ότι τα τροποποιημένα κυανοβακτήρια μπορούν να παράγουν ισοπρένιο (α βιώσιμο συνθετικό καύσιμο ιδανικό για αεροπορία), χρησιμοποιώντας ηλιακή ενέργεια και διοξείδιο του άνθρακα που υπάρχει στον αέρα.

Το φιλόδοξο έργο παραγωγής καυσίμων με μηδενικές εκπομπές CO2, το οποίο περιλαμβάνει ομάδες ερευνητών από όλο τον κόσμο, είναι όλο και πιο κοντά στο να γίνει πραγματικότητα.

Δέσμευση και αποθήκευση άνθρακα: πώς πρέπει να χρησιμοποιούμε CO2;
Σύλληψη και αποθήκευση CO2: 5 στρατηγικές στο δρόμο προς το καθαρό μηδέν