Noi combustibili din fotosinteza artificială pe bule de săpun

Puteți crea combustibili noi cu emisii zero folosind aceleași procese implementate de natură? Da, conform cercetătorilor de la Universitatea Uppsala care conduc proiectul de cercetare SoFiA (Fotosinteză artificială cu film de săpun), la care participă și Universitatea Leiden, Universitatea din Amsterdam, Universitatea Politehnică din Torino și mai multe institute internaționale de cercetare.

Obiectivul proiectului, care a primit în 2019 o finanțare de 3,2 milioane de euro de la Comisia Europeană, este de a transforma CO2 în combustibil și materii prime pentru industrie prin imitarea membranei tilacoidale a frunzelor, unde are loc faza ușoară a fotosintezei.

Astăzi obiectivele proiectului SoFiA par mai apropiate: cea mai recentă contribuție importantă vine de la cercetătorii din Politehnica din Torino, care într-un studiu recent publicat au demonstrat pentru prima dată posibilitatea utilizării i folie de săpun ca membrane reactive, deschizând calea pentru producerea de combustibili solari din CO2.

Un pas mai aproape de combustibilii solari generați... din aer
Dioxidul de carbon este o resursă, iar atmosfera este „a mea” ei

Cum se construiește un balon de săpun: studiul italian

Noul studiu al Politehnica din Torino, tocmai publicat pe „Scrisori de revizuire fizică” de o echipă de cercetători coordonată de profesor Eliodoro Chiavazzo, demonstrează cum se creează disimetrii în filmele de săpun, sau cum se proiectează "pereții subțiri ai bulelor de săpun foarte comune”.

Filmele de săpun au o conformație tipică simetrică, asemănătoare sandvișului, în care două se subțiază filme de surfactant conțin un anumit volum de apă: cercetătorii au dezvoltat un proces care permite „ruperea” acestei simetrii prin exploatarea depunerii asimetrice a agenților chimici prin intermediul unui aerosol pe suprafețele peliculei.

Acest rezultat se traduce prin posibilitatea folosirii foliilor de sapun ca membrane reactive (auto-vindecare și low-cost) pentru diverse aplicații energetice, inclusiv i procese foto-catalitice pentru producerea de combustibili solari precum monoxidul de carbon din CO2. Acolo fotosinteza naturală, de fapt, se bazează tocmai pe asimetrie.

Suntem mândri că contribuția Politehnicii a fost decisivă în identificarea tehnicii corecte de dopaj și în formularea înțelegerii teoretice a proceselor care stau la baza acestei tehnologii.”, explică profesorul Eliodoro Chiavazzo.

După ce am demonstrat-o pe filme de săpun„, continuă profesorul, „are o mare valoare nu doar științifică, ci și tehnologică, deoarece ne oferă o platformă ieftină și ușor de construit în care este posibil să controlăm gradul de simetrie la scară atomistică".

Surprizele chimiei: așa că deșeurile de plastic devin săpun
Chimie viitoare: noile provocări ale industriei pentru durabilitate

SoFiA, fotosinteză artificială pe o peliculă de săpun posibilă

Noul studiu al Politehnicii din Torino este cea mai recentă contribuție importantă la un amplu proiect de cercetare început în 2019 și făcut posibil prin colaborarea a numeroase universități și centre de cercetare la nivel internațional: „Împreună cu un grup internațional de colegi, lucrăm de ani de zile la utilizarea unor astfel de structuri de film ca membrane reactive."El explica Luca Bergamasco, printre autorii studiului.

Cercetarea face parte din programul multidisciplinar al Proiectului European SoFiA (fotosinteză artificială cu film de săpun), care implică printre altele șiUniversitatea din Uppsala, L 'Universitatea Leiden și L "Universitatea din Amsterdam.

La baza proiectului, obiectivul ambițios al mimează membrana tilacoidă a frunzelor, cea în care au loc procesele fazei luminoase a fotosintezei, pentru a crea o „sinteză” artificială a clorofilei din care să se obțină combustibili solari.

Fotosinteza captează lumina soarelui și își folosește energia pentru a conduce reacții chimice care acumulează substanțe bogate în energie, cum ar fi carbohidrații", El explica Leif Hammarström, profesor de fizică chimică la Laboratorul Ångström de la Universitatea Uppsala, precum și coordonator de proiect.

Plastic și chimie: toate contururile unei relații... „periculoase”.
O picătură de petrol este suficientă pentru a schimba ecosistemul marin

Fotosinteza artificială ca alternativă reală la fosile

Majoritatea combustibililor, cum ar fi etanolul și hidrogenul, sunt acum produși din surse fosile, exploatând petrolul ca materie primă. Potrivit oamenilor de știință, totuși, fotosinteză artificială reprezintă o alternativă validă, durabilă și eficientă la acest proces. Ca înlocuitor pentru derivate din petrol, sunt folosite soare, apă, CO2 și o peliculă subțire de săpun.

Folosind o tehnică asemănătoare cu cea a celule solare, este capabilă fotosinteza artificială studiată de profesorul Hammarström produce combustibil sub formă gazoasă sau lichidă, simulând ceea ce se întâmplă în plante, adică transformând energia soarelui în energie chimică.

Prin urmare, ideea oamenilor de știință este de a imita membrana tilacoidă folosind filme de săpun care conțin clase de surfactanți catalizatori molecule obtinute din materiale foarte abundente pe Pământ.

Cea mai mare parte a cercetării noastre se învârte în jurul activității științifice de bază, în care căutăm să înțelegem primele principii și să dezvoltăm noi catalizatori și mecanisme.”, explică Hammarström într-un interviu din 2022, „este despre accelerarea reacției chimice astfel încât procesele să devină mai eficiente energetic".

Inginerie genetică pentru agricultură și alimentație durabilă
Iată prima înghețată de vanilie produsă din... deșeuri de plastic

Fotosinteza pentru combustibili durabili: dincolo de... săpun

În cadrul Departamentului de Chimie a Laboratorul Ångström nu este doar grupul lui Leif Hammarström ocupat cu bule de săpun și agenți tensioactivi. În echipa de cercetare coordonată de Pia Lindberg, de exemplu, încercăm să obținem combustibili nefosili prin exploatarea fotosintezei naturale efectuate de cianobacteriile modificate genetic.

În mod normal, cianobacteriile folosesc fotosinteza pentru a crește, darInginerie genetică îi poate „convinge” să facă ceva complet diferit, cum ar fi produce butanol.

Ideea este de a produce substanțe chimice regenerabile și combustibili din dioxid de carbon din atmosferă folosind microorganisme.", explică Lindberg, "să folosim fotosinteza direct în microorganismele modificate genetic, unde putem controla ceea ce face și produce microorganismul".

Marele avantaj al acestei metode, explică profesorul Lindberg, este că „folosește dioxid de carbon din atmosferă, ceea ce înseamnă că nu are nevoie de zahăr, ci folosește din plin procesul propriu al organismului".

Cele mai recente rezultate ale acestei linii de cercetare datează din mai 2023, când echipa Lindberg a publicat un studiu care demonstrează că cianobacteriile modificate pot produce izopren (A combustibil sintetic durabil perfect pentru aviație), folosind energia solară și dioxidul de carbon prezent în aer.

Proiectul ambițios de a produce combustibili cu emisii zero de CO2, care implică grupuri de cercetători din întreaga lume, este din ce în ce mai aproape de a fi o realitate.

Captarea și stocarea carbonului: cum ar trebui să folosim CO2?
Captarea și stocarea CO2: 5 strategii pe drumul spre zero net