Wetenschappers zijn erin geslaagd om vloeibare energie te maken uit (bijna) niets: zonlicht en CO2 uit de lucht zijn genoeg om brandstof te produceren.
In een baanbrekende stap richting duurzame energieoplossingen is het onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory gelukt om een kunstmatig blad te ontwikkelen dat zonlicht gebruikt om koolstofdioxide (CO2) om te zetten in vloeibare brandstoffen en waardevolle chemicaliën.
Deze technologische innovatie markeert een cruciale mijlpaal in de zoektocht naar circulaire energieproductie: brandstof uit lucht en zonlicht, zonder tussenkomst van fossiele bronnen.
Van zonlicht naar C2-moleculen
De sleutel tot dit succes ligt in een slim ontworpen systeem dat gebruikmaakt van koper en perovskiet – een mineraal dat we ook kennen van efficiënte zonnecellen.
In plaats van het natuurlijke bladgroen chlorofyl gebruiken de onderzoekers lood-halid perovskiet als lichtabsorberend materiaal. Deze component wordt gekoppeld aan koperen elektrokatalysatoren, microscopisch kleine structuren die lijken op bloemen en de omzetting van CO2 naar zogenoemde C2-moleculen aandrijven.
Deze C2-moleculen, die uit twee koolstofatomen bestaan, vormen de bouwstenen voor tal van industriële toepassingen, van synthetische brandstoffen tot kunststoffen. Het kunstmatige blad bootst dus niet alleen fotosynthese na, maar voegt er ook industriële schaalbaarheid aan toe.
De natuur als inspiratie
“De natuur was onze inspiratie,” aldus Peidong Yang, hoogleraar chemie en materiaalkunde aan UC Berkeley. “We hebben eerst gewerkt aan de afzonderlijke componenten, maar het moment waarop alles samenkwam en werkte, was ronduit opwindend.”
Het resultaat: een apparaat ter grootte van een postzegel dat zonlicht gebruikt om CO2 om te zetten in nuttige chemische verbindingen – zonder dat daar elektriciteit of externe energiebronnen voor nodig zijn. Waar veel eerdere pogingen vertrouwden op biologische katalysatoren, koos Yangs team bewust voor het robuustere koper. Biokatalysatoren zijn weliswaar selectiever, maar veel minder duurzaam en moeilijk op te schalen.
Industrieel potentieel
De ontwikkeling maakt deel uit van het Amerikaanse onderzoeksconsortium Liquid Sunlight Alliance (LiSA), waarin meer dan 100 wetenschappers samenwerken. Het project heeft niet alleen tot doel om CO2 om te zetten in bruikbare stoffen, maar ook om dit te doen op een schaal die commercieel en industrieel relevant is.
Het uiteindelijke doel is ambitieus: een nieuw type energiecentrale ontwikkelen die letterlijk draait op zonlicht, CO₂ en water – en die producten levert die nu nog uit aardolie komen. Denk aan vliegtuigbrandstoffen, kunststoffen en industriële oplosmiddelen. Juist in sectoren die moeilijk te elektrificeren zijn – zoals luchtvaart en zwaar transport – zou deze technologie een cruciale rol kunnen spelen.
Nog een lange weg
Hoewel de efficiëntie van het kunstmatige blad nog verder geoptimaliseerd moet worden, is het concept bewezen. De stap van lab naar toepassing is niet triviaal, maar Yang en zijn team hebben een solide fundament gelegd voor toekomstige opschaling. Zo moet het apparaat groter worden, duurzamer in langdurige werking, en efficiënter in conversie.
Een interessant detail is dat het onderzoek ook vragen oproept over de toekomst van CO2: van schadelijk afvalproduct naar waardevolle grondstof. In een wereld waar koolstofreductie urgent is, zou koolstofhergebruik via kunstmatige fotosynthese wel eens het ontbrekende puzzelstuk kunnen zijn.
Probleemgas als brandstof
De kunstmatige fotosynthese-oplossing van het Berkeley Lab toont hoe ver wetenschap gekomen is in het nabootsen – en zelfs verbeteren – van de natuur. Met alleen zonlicht en CO2 als invoer, wijst deze technologie op een toekomst waarin we brandstoffen maken uit lucht. Of zoals Peidong Yang het samenvat: “We hebben de natuur niet gekopieerd, we hebben haar geüpdatet.”
