เชื้อเพลิงใหม่จากการสังเคราะห์แสงเทียมบนฟองสบู่

คุณสามารถสร้างได้ เชื้อเพลิงใหม่ไร้มลพิษ ใช้กระบวนการเดียวกับที่ธรรมชาตินำมาใช้? ใช่ ตามที่นักวิจัยของมหาวิทยาลัยอุปซอลาซึ่งเป็นผู้นำโครงการวิจัยกล่าว SoFiA (การสังเคราะห์แสงด้วยฟิล์มสบู่)โดยมีมหาวิทยาลัยไลเดน มหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัม มหาวิทยาลัยโพลีเทคนิคแห่งตูริน และสถาบันวิจัยนานาชาติหลายแห่งเข้าร่วมด้วย

วัตถุประสงค์ของโครงการซึ่งในปี 2019 ได้รับเงินทุน 3,2 ล้านยูโรจากคณะกรรมาธิการยุโรปคือ เปลี่ยน CO2 ให้เป็นเชื้อเพลิง และวัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมโดยเลียนแบบเยื่อไทลาคอยด์ของใบ ซึ่งเป็นช่วงของการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้น

วันนี้วัตถุประสงค์ของโครงการ SoFiA ดูใกล้เข้ามาแล้ว: การสนับสนุนที่สำคัญล่าสุดมาจากนักวิจัยของ โปลิเทคนิโกดิโตริโนซึ่งในการศึกษาที่ตีพิมพ์ใหม่ได้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกถึงความเป็นไปได้ของการใช้ i ฟิล์มสบู่ เป็นแผ่นเมมเบรนที่ทำปฏิกิริยา ปูทางไปสู่การผลิตเชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์จากคาร์บอนไดออกไซด์

เข้าใกล้เชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์ที่สร้างขึ้น…จากอากาศอีกก้าวหนึ่ง
คาร์บอนไดออกไซด์เป็นทรัพยากร และบรรยากาศเป็น... “ของฉัน”

วิธีสร้างฟองสบู่: การศึกษาของชาวอิตาลี

การศึกษาใหม่ของ โปลิเทคนิโกดิโตริโนเพิ่งเผยแพร่เมื่อ “จดหมายทบทวนทางกายภาพ” โดยทีมนักวิจัยประสานงานโดยอาจารย์ เอลิโอโดโร คิอาวาซโซสาธิตวิธีการสร้าง ความไม่สมมาตรของฟิล์มสบู่หรือวิธีการทางวิศวกรรม”ผนังบางๆ ของฟองสบู่ทั่วไป”

ฟิล์มสบู่มีโครงสร้างที่สมมาตรคล้ายแซนด์วิชโดยทั่วไป ซึ่งมีฟิล์มบางสองแผ่น ฟิล์มลดแรงตึงผิว พวกมันมีน้ำอยู่จำนวนหนึ่ง นักวิจัยได้พัฒนากระบวนการที่ทำให้ความสมมาตรนี้ "แตก" โดยใช้ประโยชน์จากการสะสมของสารเคมีที่ไม่สมมาตรผ่านละอองลอยบนพื้นผิวของฟิล์ม

ผลลัพธ์นี้แปลเป็นความเป็นไปได้ในการใช้ฟิล์มสบู่เป็น เมมเบรนที่ทำปฏิกิริยา (รักษาตัวเองและต้นทุนต่ำ) สำหรับการใช้งานด้านพลังงานต่างๆ ได้แก่ i กระบวนการเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง เพื่อผลิตเชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์จากคาร์บอนไดออกไซด์ ที่นั่น การสังเคราะห์ด้วยแสงตามธรรมชาติจริงๆ แล้ว มีพื้นฐานมาจากความไม่สมมาตรนั่นเอง

"เราภูมิใจที่การมีส่วนร่วมของโพลีเทคนิคมีส่วนชี้ขาดในการระบุเทคนิคการใช้สารต้องห้ามที่ถูกต้อง และในการกำหนดความเข้าใจทางทฤษฎีของกระบวนการที่เป็นรากฐานของเทคโนโลยีนี้” ศาสตราจารย์อธิบาย เอลิโอโดโร คิอาวาซโซ.

"โดยได้สาธิตบนฟิล์มสบู่แล้ว” ศาสตราจารย์กล่าวต่อ “มันมีคุณค่าอย่างยิ่งไม่เพียงแต่ทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงเทคโนโลยีด้วย เพราะมันทำให้เรามีแพลตฟอร์มที่มีต้นทุนต่ำและง่ายต่อการสร้าง ซึ่งสามารถควบคุมระดับความสมมาตรในระดับอะตอมมิกได้"

ความประหลาดใจทางเคมี: ขยะพลาสติกกลายเป็นสบู่ได้อย่างไร
เคมีแห่งอนาคต: ความท้าทายใหม่ของอุตสาหกรรมเพื่อความยั่งยืน

SoFiA สังเคราะห์แสงเทียมบนฟิล์มสบู่ได้

การศึกษาใหม่โดย Polytechnic of Turin ถือเป็นผลงานสำคัญล่าสุดในโครงการวิจัยขนาดใหญ่ที่เริ่มต้นในปี 2019 และเกิดขึ้นได้ด้วยความร่วมมือของมหาวิทยาลัยและศูนย์การวิจัยหลายแห่งในระดับนานาชาติ: "เราทำงานร่วมกับกลุ่มเพื่อนร่วมงานระหว่างประเทศมานานหลายปีเกี่ยวกับการใช้โครงสร้างฟิล์มดังกล่าวเป็นเมมเบรนที่ทำปฏิกิริยา"อธิบาย ลูก้า เบอร์กามาสโกในบรรดาผู้เขียนงานวิจัย

การวิจัยนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการโครงการยุโรปสหสาขาวิชาชีพ SoFiA (การสังเคราะห์แสงด้วยฟิล์มสบู่)ซึ่งเกี่ยวข้องกับหมู่คนอื่น ๆมหาวิทยาลัยอุปซอลา, L 'มหาวิทยาลัยไลเดน และมหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัม.

บนพื้นฐานของโครงการ วัตถุประสงค์อันทะเยอทะยานของ เลียนแบบเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ของใบซึ่งเป็นกระบวนการของระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง เพื่อสร้าง "การสังเคราะห์คลอโรฟิลล์" เทียมเพื่อใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงจากแสงอาทิตย์

"การสังเคราะห์ด้วยแสงจับแสงแดดและใช้พลังงานเพื่อขับเคลื่อนปฏิกิริยาเคมีที่สะสมสารที่อุดมด้วยพลังงาน เช่น คาร์โบไฮเดรต“ เขาอธิบาย ลีฟ ฮัมมาร์สตรอมศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์เคมีที่ห้องปฏิบัติการ Ångström แห่งมหาวิทยาลัย Uppsala และผู้ประสานงานโครงการ

พลาสติกและเคมี: โครงร่างทั้งหมดของความสัมพันธ์ที่ “อันตราย”
น้ำมันเพียงหยดเดียวก็เพียงพอที่จะเปลี่ยนระบบนิเวศทางทะเล

การสังเคราะห์ด้วยแสงเทียมเป็นทางเลือกที่แท้จริงแทนฟอสซิล

เชื้อเพลิงส่วนใหญ่เช่นเอทานอลและไฮโดรเจนปัจจุบันผลิตจาก แหล่งฟอสซิลโดยใช้ประโยชน์จากน้ำมันเป็นวัตถุดิบ ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่า การสังเคราะห์ด้วยแสงประดิษฐ์ เป็นทางเลือกที่ถูกต้อง ยั่งยืน และมีประสิทธิภาพสำหรับกระบวนการนี้ เพื่อทดแทน อนุพันธ์ปิโตรเลียมพวกมันถูกใช้ แสงแดด น้ำ CO2 และฟิล์มสบู่บางๆ.

โดยใช้เทคนิคคล้ายกับของ พลังงานแสงอาทิตย์การสังเคราะห์ด้วยแสงเทียมที่ศึกษาโดยศาสตราจารย์ฮัมมาร์สตรอมสามารถทำได้ ผลิตเชื้อเพลิง ในรูปก๊าซหรือของเหลว จำลองสิ่งที่เกิดขึ้นในพืช เช่น การเปลี่ยนพลังงานจากดวงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมี

แนวคิดของนักวิทยาศาสตร์คือการเลียนแบบเมมเบรนไทลาคอยด์โดยใช้ฟิล์มสบู่ที่มีประเภทของ สารลดแรงตึงผิวตัวเร่งปฏิกิริยา โมเลกุลที่ได้จาก วัสดุที่มีอยู่มากมายบนโลก.

"งานวิจัยส่วนใหญ่ของเราเกี่ยวข้องกับงานวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐานโดยเราพยายามทำความเข้าใจหลักการแรกๆ และพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาและกลไกใหม่ๆ” ฮัมมาร์สตรอมอธิบายในการสัมภาษณ์ปี 2022 “มันเป็นเรื่องของ เร่งปฏิกิริยาเคมี เพื่อให้กระบวนการต่างๆ มีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากขึ้น"

พันธุวิศวกรรมเพื่อการเกษตรและอาหารอย่างยั่งยืน
นี่คือไอศกรีมวานิลลาชิ้นแรกที่ผลิตจาก... ขยะพลาสติก

การสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อเชื้อเพลิงที่ยั่งยืน: นอกเหนือจาก... สบู่

ในภาควิชาเคมีของ ห้องปฏิบัติการองสตรอม ไม่ใช่แค่กลุ่มของ Leif Hammarström เท่านั้นที่ยุ่งอยู่กับฟองสบู่และสารลดแรงตึงผิว ในทีมวิจัยประสานงานโดย เปีย ลินด์เบิร์ก, ตัวอย่างเช่น เราพยายามที่จะได้รับเชื้อเพลิงที่ไม่ใช่ฟอสซิลโดยการใช้ประโยชน์จากการสังเคราะห์ด้วยแสงตามธรรมชาติที่ดำเนินการโดย ไซยาโนแบคทีเรียดัดแปลงพันธุกรรม.

โดยปกติไซยาโนแบคทีเรียจะใช้การสังเคราะห์แสงในการเจริญเติบโตแต่พันธุวิศวกรรม สามารถ "โน้มน้าว" พวกเขาให้ทำสิ่งที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง เช่น ผลิตบิวทานอล.

"แนวคิดคือการผลิตสารเคมีและเชื้อเพลิงหมุนเวียนจากคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศโดยใช้จุลินทรีย์” ลินด์เบิร์กอธิบาย “เพื่อใช้การสังเคราะห์ด้วยแสงโดยตรงในจุลินทรีย์ดัดแปลงพันธุกรรม ซึ่งเราสามารถควบคุมสิ่งที่จุลินทรีย์ทำและผลิตได้"

ศาสตราจารย์ลินด์เบิร์กอธิบายว่าข้อดีที่สำคัญของวิธีนี้ก็คือ “ใช้คาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศซึ่งหมายความว่าไม่ต้องการน้ำตาล แต่ใช้กระบวนการของร่างกายเองอย่างเต็มที่"

ผลลัพธ์ล่าสุดของการวิจัยแนวนี้ย้อนกลับไปในเดือนพฤษภาคม ปี 2023 เมื่อทีมงานของ Lindberg ตีพิมพ์ผลการศึกษาที่แสดงให้เห็นว่าไซยาโนแบคทีเรียดัดแปลงสามารถผลิต ไอโซพรีน ( เชื้อเพลิงสังเคราะห์ที่ยั่งยืน เหมาะสำหรับการบิน) โดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่ในอากาศ

โครงการที่มีความทะเยอทะยานในการผลิตเชื้อเพลิงที่มีการปล่อย CO2 เป็นศูนย์ซึ่ง เกี่ยวข้องกับกลุ่มนักวิจัยจากทั่วทุกมุมโลก, ใกล้จะเป็นความจริงมากขึ้นทุกที

การดักจับและการเก็บคาร์บอน: เราควรใช้ CO2 อย่างไร?
การจับและกักเก็บ CO2: 5 กลยุทธ์บนเส้นทางสู่สุทธิเป็นศูนย์