Laddat material hjälper solen att omvandla koldioxid till bränsle

Det solljus som träffar jordklotet under en timme motsvarar i runda tal mänsklighetens totala energiförbrukning under ett helt år. Samtidigt ökar våra globala utsläpp av koldioxid. Att använda solens energi för att fånga upp växthusgasen och sedan omvandla den till bränsle – eller någon annan för mänskligheten användbar kemikalie – är det många som forskar kring idag. Men det finns ännu ingen tillfredsställande lösning.

Ett internationellt forskarlag, där Lunds universitet ingår, har dock visat en sådan möjlighet, i en artikel som publiceras i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications.

Poröst material absorberar ljus effektivt

– I studien använder vi en kombination av material som absorberar ljuset, och använder dess energi för att omvandla koldioxid. Med hjälp av ultrasnabb laserspektroskopi har vi rett ut exakt vad som händer i den processen, säger Tönu Pullerits, kemiforskare vid Lunds universitet.

Forskarna har studerat ett poröst organiskt material som kallas COF – kovalent organiskt ramverk. Materialet är känt för att absorbera solljus på ett mycket effektivt sätt. Genom att lägga till ett så kallat katalytiskt komplex till COF lyckades man, helt utan ytterligare energi, omvandla koldioxid till kolmonoxid.

Långlivade elektroner gav kemisk reaktion

– Omvandlingen kräver två elektroner. När vi upptäckte att fotoner med blått ljus skapade långlivade elektroner med hög energi kunde vi helt enkelt ladda COF med elektroner och fullborda en reaktion, säger Kaibo Zheng, kemiforskare vid Lunds universitet.

Lundaforskarna Tönu Pullerits och Kaibo Zheng inspekterar laserspektroskopiuppställningen som användes i studien. Bild: Pavel Chabera

Hur kan då dessa resultat komma till nytta? Tönu Pullerits och Kaibo Zheng hoppas att upptäckten i framtiden ska kunna användas för att suga upp koldioxid ur atmosfären och omvandla den till bränsle eller kemikalier med solens hjälp. Att utveckla större anläggningar på global nivå skulle kunna vara en av många lösningar för att få bukt med den klimatkris vi står inför, menar forskarna.

– Vi har genomfört två initiala steg, med två elektroner, på en lång resa. Innan vi kan börja fundera på en koldioxidomvandlare måste många fler steg tas, och förmodligen måste till och med våra två första förfinas. Men vi har identifierat en mycket lovande riktning att ta, säger Tönu Pullerits.

Fotnot: Förutom Lunds universitet har följande lärosäten och organisationer deltagit i studien: DTU, Southwest Petroleum University Chengdu, Tsinghua University Beijing, European XFEL Hamburg, South Valley University Qena.

Vetenskaplig artikel:

Ultrafast charge transfer dynamics in 2D Covalent Organic Frameworks/Re-complex hybrid photocatalyst. Nature Communications

Kontakt:

Tönu Pullerits, professor, Kemiska institutionen, Lunds universitet, tonu.pullerits@chemphys.lu.se
Kaibo Zheng, docent, Kemiska institutionen, Lunds universitet, kaibo.zheng@chemphys.lu.se