Kommer framtidens bilar att drivas av artificiella blad?

2011-09-20 23:00  

Varför gå omvägen över gröna växter för att tillverka fordonsbränsle som metanol eller etanol? Artificiell fotosyntes har potentialen att bli minst tio gånger så effektiv som naturens, hävdar forskare.

Tänk om man med solljusets hjälp på ett billigt sätt kunde spjälka vatten i syrgas och vätgas. Då skulle man lätt kunna tillverka en rad ämnen lämpliga som hållbara fordonsbränslen utan att använda värdefull jordbruksmark.

I de gröna växternas kloroplaster, en sorts små inkapslade organeller, finns enzym som med hjälp av solljus och koldioxid spjälkar vatten till syrgas, och därmed utvinner fyra elektroner. Processen kallas Fotosystem II, och bygger på ett komplex med fyra manganjoner. I mikroorganismer finns andra enzym som kan göra vätgas med hjälp av ett järnkomplex. Genom att härma naturens reaktioner kan man bygga upp ämnen som exempelvis producerar vätgas eller ”biologiska” fordonsbränslen som metanol syntetiskt.

Sedan länge pågår över hela världen försök med att skapa artificiella blad, inte minst vid Ångströmlaboratoriet i Uppsala och universitetet i Köpenhamn.

– Det handlar till syvende och sist om att finna billiga katalysatorer som med ljusets hjälp kan spjälka  vatten, säger Sören Dahl vid Köpenhamns universitet till Ny Teknik.

– Har vi väl syrgas och vätgas kan vi göra snart sagt vilka kolhydrater och kolväten som helst. Och vid en syntetisk reaktion räknar vi med en verkningsgrad på 10–15 procent.

– Problemet är att de katalysatorer som klarar av jobbet i dag innehåller dyrbara och sällsynta ädelmetaller som rutenium och palladium. Och det går inte vid produktion i stor skala.

Men naturens fotosyntes har, i motsats till vad många tror, väldigt dålig verkningsgrad. Bara en procent av solenergin omvandlas till vätgas.

– Låt oss därför försöka ta ut energin tidigare i händelseförloppet, innan det mesta gått förlorat. De säger Poul Erik Jensen vid Köpenhamns universitet till Kemivärlden. Han har modifierat cyanobakterier, och fått dem att med ljusets hjälp och den process som går under namnet Fotosystem I producera en rad bestämda ämnen.

Även en forskargrupp vid MIT i Boston hävdar att de har tillverkat ett fungerande artificiellt blad, rapporterar Forskning och Framsteg. Det sägs vara stort som ett spelkort och består av en kiselbricka täckt av katalysatorer. Kislet absorberar solljus och vidarebefordrar energin till katalysatorerna, som spjälkar vattnet till vätgas och syrgas. Lägger man det artificiella bladet i en burk med vatten ute i solen kommer vätgas och syrgas att bubbla upp till ytan precis som vid elektrolys.

Frågan är bara vad det kostar.

Fotosyntesen

Levande organismer tar med hjälp av fotosyntesen hand om energi från solljuset och lagrar den i kemiska bindningar. Energirika kolväteföreningar byggs upp av koldioxid och vatten enligt formeln 6H2O + 6CO2 + ljus –> C6H12O6 (druvsocker) + 6 O2

I de gröna växternas celler sker fotosyntesen med hjälp av katalysatorer (enzymer) i en rad steg i särskilda organeller, kloroplaster.

De kan närmast liknas vid inkapslade cyanobakterier som lever i symbios inne i cellerna.

Fotosyntesen har emellertid mycket låg verkningsgrad, bland annat för att det reaktiva syret som bildas tenderar att förstöra ämnen i cellen. Mycket energi går åt för reparationsarbeten, och verkningsgraden är därför mindre än en procent.

Det finns två olika typer av fotosyntes hos växter, C3 och C4, där C4 har något högre verkningsgrad. Växter kan delas in i C3- och C4-växter. 95 procent av jordens växtarter är av C3-typ. Exempel på effektivare C4-växter är majs, sockerrör, olika gräs, hirs och sorghum.

Kaianders Sempler

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Dagens viktigaste nyheter

Debatt