23.08.2021 - National Research Council of Science & Technology (NST)

Der Traum von der künstlichen Photosynthesetechnologie wagt sich aus dem Labor

"Wir haben ein wirkungsvolles künstliches Photosynthesesystem entwickelt, das unter Verwendung kommerzieller Silizium-Solarzellen direkt durch Sonnenlicht in einer realen Sonnenumgebung funktioniert"

Koreanische Forscher sind bestrebt, die Technologie der künstlichen Photosynthese in die Realität umzusetzen, um Kohlenstoffneutralität oder einen Netto-Kohlenstoffemissionswert von 0 zu erreichen. Die künstliche Photosynthese ist eine Technologie, die die natürliche Photosynthese nachahmt, indem sie die empfangene Energie des Sonnenlichts zur Umwandlung von Kohlendioxid in hochwertige Verbindungen wie Ethylen, Methanol und Ethanol nutzt. Aufgrund wirtschaftlicher und technischer Beschränkungen konnte die einschlägige Forschung jedoch nur unter Laborbedingungen durchgeführt werden; diese Forschung wurde in die Bereiche Solarzellenforschung und Kohlendioxidumwandlung unterteilt. Die Forschung zur Umsetzung der künstlichen Photosynthese in kleinem Maßstab unter Laborbedingungen zeigt, dass es noch viele Hindernisse gibt, die überwunden werden müssen, um praktische Anwendungen zu erreichen.

Es wurde berichtet, dass das Forscherteam unter der Leitung von Dr. Hyung Suk Oh und Dr. Woong Hee Lee vom Clean Energy Research Center am Korea Institute of Science and Technology in Zusammenarbeit mit Dr. Jae Soo Yoo von der Kyung Hee University verzweigte Wolfram-Silber-Katalysatorelektroden in Nanometergröße entwickelt hat, die Kohlenmonoxid in hoher Ausbeute aus dem elektrochemischen Kohlendioxid-Umwandlungssystem gewinnen können. Diese können auch für die Kombination des Kohlendioxid-Umwandlungssystems mit Silizium-Solarzellen verwendet werden, um ein groß angelegtes künstliches Photosynthesesystem zu erhalten, das in einer realen Sonnenumgebung betrieben werden kann.

Der entwickelte Katalysator kann in Systemen zur Herstellung von Kohlenmonoxid eingesetzt werden, bei denen gasförmiges Kohlendioxid in Kohlenmonoxid umgewandelt wird. Die Ausbeute an Kohlenmonoxid ist um mehr als 60 % höher als bei herkömmlichen Silberkatalysatoren und bleibt auch nach 100 Stunden Versuchsdauer stabil. Darüber hinaus wurden die verbesserte Effizienz und Haltbarkeit des Katalysatormaterials mit Hilfe der Elektronenmikroskopie und der Echtzeitanalyse untersucht, und es wurde festgestellt, dass die dreidimensionale Struktur des Katalysators und die Kristallstruktur der Verzweigungsform zu der hohen Ausbeute beitrugen.

Die Forscher verwendeten den besagten Katalysator zur Entwicklung eines künstlichen Photosynthesesystems, indem sie ein Kohlendioxid-Umwandlungssystem mit 120 cm2 großen kommerziellen Siliziumsolarzellen kombinierten, und das System funktionierte reibungslos. Dieses System wies einen hohen Wirkungsgrad von 12,1 % bei der Umwandlung von Sonnenlicht in eine Verbindung auf, was der höchste Wert ist, der für alle bisher entwickelten künstlichen Photosynthesesysteme auf der Grundlage von Siliziumsolarzellen gemeldet wurde. Das System hat auch erfolgreich Kohlendioxid in Kohlenmonoxid umgewandelt, und zwar mit hoher Effizienz allein in Gegenwart von Sonnenlicht in einer Außenumgebung.

Dr. Hyung Suk Oh vom KIST sagte: "Wir haben ein wirkungsvolles künstliches Photosynthesesystem entwickelt, das unter Verwendung kommerzieller Silizium-Solarzellen direkt durch Sonnenlicht in einer realen Sonnenumgebung funktioniert. Wenn die hocheffiziente künstliche Photosynthesetechnologie auf der Grundlage dieser Studie in die Praxis umgesetzt werden kann, können wir die Emission von Treibhausgasen reduzieren, indem wir das Kohlendioxid, das von Stahlwerken und petrochemischen Anlagen ausgestoßen wird, in Kohlenmonoxid umwandeln, und wir können chemische Grundstoffe, die in petrochemischen Anlagen hergestellt werden, durch die künstliche Photosynthesemethode produzieren, die 'Kohlenstoffneutralität' praktiziert."

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