Nya bränslen från artificiell fotosyntes på såpbubblor

Du kan skapa nya nollutsläppsbränslen använder samma processer som implementeras av naturen? Ja, enligt Uppsala universitets forskare som leder forskningsprojektet SoFiA (tvålfilm artificiell fotosyntes), där Leiden University, University of Amsterdam, Polytechnic University of Turin och flera internationella forskningsinstitut också deltar.

Målet med projektet, som under 2019 fick finansiering på 3,2 miljoner euro från EU-kommissionen, är att omvandla CO2 till bränsle och råvaror för industrin genom att efterlikna bladens tylakoidmembran, där fotosyntesens ljusa fas äger rum.

Idag verkar målen för SoFiA-projektet närmare: det senaste viktiga bidraget kommer från forskarna från Turin yrkeshögskola, som i en nyligen publicerad studie har visat för första gången möjligheten att använda i tvålfilm som reaktiva membran, vilket banar väg för produktion av solbränslen från CO2.

Ett steg närmare solbränslen som genereras... från luften
Koldioxid är en resurs och atmosfären är dess... "min"

Hur man konstruerar en såpbubbla: den italienska studien

Den nya studien av Turin yrkeshögskola, precis publicerad på "Fysiska granskningsbrev” av ett team av forskare koordinerat av professorn Eliodoro Chiavazzo, visar hur man skapar dissymmetrier i tvålfilmer, eller hur man konstruerar”de tunna väggarna i de mycket vanliga såpbubblorna”.

Tvålfilmer har en typisk symmetrisk, sandwichliknande form, där två är tunna ytaktiva filmer de innehåller en viss volym vatten: forskare har utvecklat en process som gör att denna symmetri kan "brytas" genom att utnyttja den asymmetriska avsättningen av kemiska medel via en aerosol på filmens ytor.

Detta resultat översätts till möjligheten att använda tvålfilmer som reaktiva membran (självläkande och låg kostnad) för olika energitillämpningar, inklusive bl.a fotokatalytiska processer för produktion av solbränslen som kolmonoxid från CO2. där naturlig fotosyntes, i själva verket bygger just på asymmetri.

"Vi är stolta över att Yrkeshögskolans bidrag har varit avgörande för att identifiera rätt dopningsteknik och för att formulera den teoretiska förståelsen av de processer som ligger bakom denna teknik”, förklarar professorn Eliodoro Chiavazzo.

"Efter att ha demonstrerat det på tvålfilmer”, fortsätter professorn, ”det har stort värde inte bara vetenskapligt utan också tekniskt, eftersom det ger oss en billig och lättbyggd plattform där det är möjligt att kontrollera graden av symmetri i atomistisk skala".

Kemins överraskningar: hur plastavfall blir tvål
Framtida kemi: branschens nya utmaningar för hållbarhet

SoFiA, konstgjord fotosyntes på tvålfilm möjlig

Den nya studien från yrkeshögskolan i Turin är det senaste viktiga bidraget till ett stort forskningsprojekt som startade 2019 och möjliggjordes genom samarbetet mellan många universitet och forskningscentra på internationell nivå: "Tillsammans med en internationell grupp av kollegor har vi arbetat i flera år med användningen av sådana filmstrukturer som reaktiva membran", Förklarar han Luca Bergamasco, bland författarna till studien.

Forskningen är en del av det multidisciplinära European Project-programmet SoFiA (artificiell fotosyntes av tvålfilm), vilket bland annat involverarUppsala universitet, L 'Leiden University och L 'Universitetet i Amsterdam.

Till grund för projektet, det ambitiösa målet att efterlikna bladens tylakoidmembran, den där processerna i fotosyntesens lätta fas äger rum, för att skapa en artificiell "klorofyllsyntes" från vilken man kan erhålla solbränslen.

"Fotosyntes fångar solljus och använder dess energi för att driva kemiska reaktioner som ackumulerar energirika ämnen som kolhydrater", Han förklarar Leif Hammarström, professor i kemisk fysik vid Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet, samt projektkoordinator.

Plast och kemi: alla konturer av ett... "farligt" förhållande
En droppe olja räcker för att förändra det marina ekosystemet

Konstgjord fotosyntes som ett verkligt alternativ till fossil

De flesta bränslen som etanol och väte produceras nu av fossila källor, utnyttja olja som råvara. Enligt forskare har dock artificiell fotosyntes representerar ett giltigt, hållbart och effektivt alternativ till denna process. Som ersättning för petroleumderivat, de är använda sol, vatten, CO2 och en tunn hinna tvål.

Att använda en teknik som liknar den för solceller, är den konstgjorda fotosyntesen som studerats av professor Hammarström kapabel till producera bränsle i gasform eller flytande form, simulerar vad som händer i växter, dvs omvandlar solens energi till kemisk energi.

Forskarnas idé är därför att efterlikna tylakoidmembranet med hjälp av tvålfilmer som innehåller klasser av ytaktiva katalysatorer molekyler erhållna från mycket rikligt med material på jorden.

"Det mesta av vår forskning kretsar kring grundläggande vetenskapligt arbete där vi försöker förstå de första principerna och utveckla nya katalysatorer och mekanismer”, förklarar Hammarström i en intervju 2022, ”det handlar om påskynda den kemiska reaktionen så att processer blir mer energieffektiva".

Genteknik för hållbart jordbruk och livsmedel
Här är den första vaniljglassen framställd av... plastavfall

Fotosyntes för hållbara bränslen: bortom ... tvål

Vid Institutionen för kemi av Ångströmlaboratoriet det är inte bara Leif Hammarströms grupp sysselsatta med såpbubblor och ytaktiva ämnen. I forskargruppen samordnas av Pia Lindberg, till exempel försöker vi få fram icke-fossila bränslen genom att utnyttja den naturliga fotosyntesen som utförs av genetiskt modifierade cyanobakterier.

Normalt använder cyanobakterier fotosyntes för att växa, mengenteknik kan "övertyga" dem att göra något helt annat, som producera butanol.

"Tanken är att producera förnybara kemikalier och bränslen från koldioxid i atmosfären med hjälp av mikroorganismer”, förklarar Lindberg, ”att använda fotosyntes direkt i genetiskt modifierade mikroorganismer där vi kan kontrollera vad mikroorganismen gör och producerar".

Den stora fördelen med denna metod, förklarar professor Lindberg, är att "använder koldioxid från atmosfären, vilket gör att den inte behöver socker, utan utnyttjar kroppens egen process fullt ut".

De senaste resultaten av denna forskningslinje går tillbaka till maj 2023, då Lindberg-teamet publicerade en studie som visar att modifierade cyanobakterier kan producera isopren (a hållbart syntetiskt bränsle perfekt för flyg), använder solenergi och koldioxid som finns i luften.

Det ambitiösa projektet att producera bränslen med noll CO2-utsläpp, vilket involverar grupper av forskare från hela världen, är allt närmare att bli verklighet.

Koldioxidavskiljning och lagring: hur ska vi använda CO2?
Fånga och lagra CO2: 5 strategier på väg mot nettonoll