Er wordt al jaren geprobeerd de fotosynthese van planten na te bootsen, waarbij deze zonlicht omzetten in energie. Dat zou een doorbraak voor de groene transitie betekenen.
Nu hebben onderzoekers van de Britse universiteit van Cambridge hun steentje bijgedragen.
Zij ontwikkelden een zogenoemd photosheet, dat CO2, water en zonlicht opneemt en omzet in zuurstof en mierenzuur. Dat kan worden opgeslagen als brandstof.
Het prototype van het photosheet meet maar 4 bij 5 centimeter, maar volgens de onderzoekers kan het makkelijk vergroot worden tot een paar vierkante meter. Zo kan het opgenomen worden in een zonnepark.
Het mierenzuur kan zelf als brandstof dienen, want het is vloeibaar en makkelijk op te slaan en te vervoeren, maar het bevat ook waterstof en kan daardoor omgezet worden in waterstofgas, dat gebruikt wordt in brandstofcellen van onder meer auto’s.
Natuurlijke fotosynthese nagebootst
Bij fotosynthese zet een plant zonlicht, CO2 uit de lucht en water uit de bodem om in zuurstof en chemische energie in de vorm van koolhydraten (suikers).
Het nieuwe photosheet werkt bijna op dezelfde manier, maar de chemische energie die het produceert, heeft de vorm van mierenzuur in plaats van koolhydraten.
Het sheet bestaat uit een gouden plaatje van 20 vierkante centimeter, dat bedekt is met een chemisch poeder. Deze laag werkt als een fotokatalysator die met zonlicht reageert. Het plaatje is van goud omdat dat de katalyserende laag stimuleert.
Als er water en CO2 voorhanden zijn en het photosheet in de zon gelegd wordt, ontstaat er mierenzuur, dat kan worden omgezet in groene waterstof.
Het plaatje wordt ondergedompeld in water en als het zonlicht op de chemische laag valt, begint de fotokatalyse, waarbij elektronen worden losgeslagen door fotonen. Hierdoor ontstaan zogeheten vrije radicalen, instabiele atomen, die reageren met het water en CO2, tot er uiteindelijk alleen zuurstof en mierenzuur overblijven.
Het mierenzuur kan eveneens via fotokatalyse weer worden omgezet in waterstofgas.
Zo wordt mierenzuur omgezet in brandstof en stroom:
Vloeibaar mierenzuur (formic acid of CH2O2) wordt in een tank bewaard en daarvandaan overgepompt in een reformer. Daar zet de katalysator, het metaal ruthenium, het om in CO2 en waterstofgas. De waterstof drijft een brandstofcel aan die stroom produceert, en met het restproduct, CO2, kan nog meer mierenzuur worden gemaakt. De enige andere afvalstof is water.
Groene waterstof
Waterstof kan op dit moment moeilijk concurreren met accu’s als manier om groene energie op te slaan, onder meer doordat waterstof vooral geproduceerd wordt door aardgas om te zetten bij een hoge temperatuur. Daarvoor is veel energie nodig en er komt flink wat CO2 bij vrij.
Het potentieel is echter groot: als waterstof in een brandstofcel wordt omgezet in elektriciteit, komt er slechts waterdamp vrij.
Als het nieuwe photosheet zo efficiënt gemaakt kan worden dat massaproductie lonend is, kan dat een doorbraak betekenen voor de waterstofeconomie. Voor kunstmatige fotosynthese is alleen zonlicht nodig, dat kan worden opgeslagen als groene waterstof.
