Redukcja dwutlenku węgla za pomocą promieni słonecznych

Redukcja dwutlenku węgla za pomocą promieni słonecznych

Naukowcy wydziału chemii Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (USA) zademonstrowali prototyp urządzenia umożliwiającego elektrochemiczne przetwarzanie dwutlenku węgla do postaci tlenku węgla, który nadaje się do zastosowań przemysłowych. Proces przebiega przy znaczącym udziale promieniowania słonecznego, a w przyszłości ma być w całości zasilany promieniami słonecznymi.

Pomimo, że tlenek węgla (CO) jest gazem wysoce toksycznym znajduje on szerokie zastosowanie w wielu procesach przemysłowych. Setki ton tego związku wykorzystuje się każdego roku do produkcji m.in. detergentów i tworzyw sztucznych. Tlenek węgla można także po odpowiednim przetworzeniu wykorzystać jako paliwo. Na chwilę obecną do produkcji CO wykorzystywany jest gaz ziemny. Możliwość zastosowania dwutlenku węgla zamiast gazu ziemnego umożliwia redukcję emisji gazu cieplarnianego do atmosfery oraz racjonalizuje zużycie paliw i energii.

Zasada działania urządzenia polega na przechwytywaniu promieni słonecznych, następnie ich zamianie na energię elektryczną, która z kolei jest wykorzystywana do rozszczepiania dwutlenku węgla na tlenek węgla (CO) i tlen. Cały proces przebiega w trzech fazach. Najpierw promienie słoneczne absorbowane są przez półprzewodnik. Następnie półprzewodnik zamienia energię słoneczną na energię elektryczną. W trzeciej fazie energia elektryczna jest przekazywana do warstwy katalitycznej, w której zachodzi redukcja CO2 do CO po jednej stronie urządzenia, a po drugiej w tlen.

Na obecnym etapie prac urządzenie nie jest jeszcze w pełni zoptymalizowane i aby cały proces mógł przebiegać poprawnie konieczne jest dostarczanie energii elektrycznej z zewnątrz. Do budowy urządzenia wykorzystano półprzewodnik i dwie cienkie warstwy katalizatora.

Aby proces mógł przebiegać właściwie konstruktorzy zastosowali specjalną warstwę katalityczną, która umożliwia konwersję elektrochemiczną. Istotny był również wybór właściwego półprzewodnika z odpowiednią przerwą energetyczną. Najpierw w konstrukcji urządzenia zastosowano półprzewodniki krzemowe, jednak dostarczały one jedynie 50% potrzebnej do rozszczepienia CO2 energii. Pozostała energia musiała być dostarczana ze źródła zewnętrznego. Aby temu zaradzić konstruktorzy zdecydowali się na zamianę półprzewodnika krzemowego półprzewodnikiem opartym na fosforku galu. Charakteryzuje się on większym stopniem absorpcji światła widzialnego i dwukrotnie węższym w porównaniu z półprzewodnikiem krzemowym pasmem wzbronionym.

(au)