Panasonic entwickelt künstliches Photosynthesesystem zur Kohlendioxid-Umwandlung

Osaka/​Japan – Panasonic hat ein künstliches Photosynthesesystem entwickelt, mit dem Kohlendioxid (CO2) durch Beleuchtung mit Sonnenlicht bei einer Ausbeute (Stand 30. Juli 2012; das Energieverhältnis zwischen synthetisierten Materialien und Eingangslicht) von 0,2% in organische Materialien umgewandelt werden kann. Die Ausbeute ist vergleichbar mit echten Pflanzen, die für Biomasse-Energie verwendet werden. Das wichtigste Element des Systems ist ein Nitrid-Halbleiter, der das System einfach und effizient macht. Diese Entwicklung wird die Grundlage für die Realisierung eines Systems zur Abscheidung und Umwandlung von verbrauchtem Kohlendioxid aus Müllverbrennungsanlagen, Kraftwerken oder der Industrie sein. CO2 ist eine der Substanzen, die für den Treibhauseffekt verantwortlich sind, und dementsprechend werden Anstrengungen unternommen, die CO2-Emissionen weltweit zu senken. Das Problem mit dem CO2 steht darüber hinaus in direktem Zusammenhang mit dem Problem der Verknappung fossiler Brennstoffe. Bei der künstlichen Fotosynthese handelt es sich um die direkte Umwandlung von CO2 in organische Materialien, mit der beide genannten Probleme gelöst werden können. In früheren Ansätzen verfügten die Systeme stets über komplexe Anordnungen, wie organische Komplexe oder mehrere Photoelektroden, was eine Verbesserung ihrer Effizienz bei der Reaktion auf das Licht schwierig macht. Das künstliche Photosynthesesystem von Panasonic verfügt über eine einfache Anordnung mit hoch effizienter CO2-Umwandlung, die direktes Sonnenlicht oder gebündeltes Licht nutzen kann. Künstliches Photosynthesesystem basierend auf Nitrid-Halbleiter Zuerst fanden wir [Panasonic] heraus, dass Nitrid-Halbleiter über die Fähigkeit verfügen, die Elektronen mit ausreichend hoher Energie für die CO2-Reduktionsreaktion anzuregen. Nitrid-Halbleiter haben aufgrund ihrer möglichen Verwendung in hoch effizienten Optik- und Leistungsbauelementen im Sinne der Energieeinsparung viel Aufmerksamkeit erhalten. Es stellte sich jedoch heraus, dass ihr Potenzial über Festkörpergeräte hinausgeht; genau gesagt können sie als Photoelektrode für die CO2-Reduktion verwendet werden. Durch Erstellung einer Gerätestruktur im Rahmen des Dünnfilmverfahrens für Halbleiter konnte die Leistung als Photoelektrode stark verbessert werden. Die CO2-Reduktion findet auf einem Metallkatalysator auf der der Nitrid-Halbleiter- Photoelektrode gegenüberliegenden Seite statt. Der Metallkatalysator spielt eine wichtige Rolle bei der Selektierung und Beschleunigung der Reaktion. Es ist anzumerken, dass das System ausschließlich aus nicht organischen Materialien besteht, die das CO2 bei geringem Energieverlust reduzieren können. Aus diesem Grund verhält sich die Menge der Reaktionsprodukte direkt proportional zur Lichtleistung. Dies ist einer der Vorzüge eines derartigen vollständig nichtorganischen Systems, während einige herkömmliche Systeme aufgrund ihrer internen oder externen mengenbegrenzenden Prozesse in den komplexen Anordnungen im Allgemeinen nicht der Lichtleistung folgen können. System erreicht Lichtausbeute von 0,2 Prozent Das System mit einem Nitrid-Halbleiter und einem Metallkatalysator generiert hauptsächlich Ameisensäure aus CO2 und Wasser bei einer weltweit besten Lichtausbeute von 0,2%. Die Ausbeute ist vergleichbar mit echten Pflanzen, die als Biomasse-Energiequelle verwendet werden. Bei der Ameisensäure handelt es sich um eine für die Farb- und Duftstoffe produzierende Industrie wichtige Chemikalie. Diese Reaktionsrate verhält sich aufgrund des geringen Energieverlusts bei der einfachen Anordnung vollständig proportional zur Lichtleistung. Mit anderen Worten: Das System kann auf gebündeltes Licht reagieren. Dadurch wird es möglich, ein einfaches und kompaktes System für die Abscheidung und Umwandlung von verbrauchtem Kohlendioxid aus Müllverbrennungsanlagen und Energieerzeugungsanlagen zu realisieren. Für diese Entwicklungen hat Panasonic 18 Inlands- und 11 Auslandspatente inne, einschließlich beantragter Patente. © Vogel Business Media