Wasserstoff aus photokatalytischen optischen Fasern

Bahnbrechende Technologie erzeugt Ökosprit

Forscher der Universität Southampton haben optische Fasern in photokatalytische “Mikroreaktoren” umgewandelt, die Wasserstoff mit Hilfe von Sonnenenergie aus Wasser gewinnen. Die bahnbrechende Technologie beschichtet das Innere von mikrostrukturierten Glasfaserstäben (MOFCs) mit einem Photokatalysator, der – mit Licht – Wasserstoff erzeugt, der eine breite Palette nachhaltiger Anwendungen antreiben könnte, wie die Universität Southampton am 27.03.2020 mitteilte.

– Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft für Solarify

Chemiker, Physiker und Ingenieure in Southampton haben in ACS Photonics dargelegt, dass es prinzipiell funktioniert und werden nun umfassendere Studien erstellen, die die Skalierbarkeit der Plattform demonstrieren. Die MOFCs wurden als mikrofluidische Hochdruckreaktoren entwickelt, in denen jeweils mehrere Kapillaren untergebracht sind, die eine chemische Reaktion über die gesamte Länge des Rohres ablaufen lassen.

Daneben untersucht das multidisziplinäre Forschungsteam auch die photochemische Umwandlung von CO2 in synthetischen Kraftstoff. Die einzigartige Methodik stelle eine potenziell machbare Lösung für Erneuerbare Energien, die Eliminierung von Treibhausgasen und eine nachhaltige chemische Produktion dar, heißt es.

Matthew Potter, Forschungsbeauftragter für Chemie und Hauptautor: “Die Möglichkeit, lichtaktivierte chemische Prozesse mit den hervorragenden Lichtausbreitungseigenschaften von optischen Fasern zu kombinieren, birgt ein enormes Potenzial. In dieser Arbeit zeigt unser einzigartiger Photoreaktor signifikante Verbesserungen der Aktivität im Vergleich zu bestehenden Systemen. Dies ist ein ideales Beispiel der chemischen Verfahrenstechnik für eine grüne Technologie des 21. Jahrhunderts”.

Fortschritte in der Glasfasertechnologie haben in den vergangenen Jahren eine große Rolle für die Telekommunikation, die Datenspeicherung und das Netzwerkpotenzial gespielt. An dieser jüngsten Forschung sind Experten des Optoelectronics Research Centre (ORC) in Southampton, das zum Zepler Institute for Photonics and Nanoelectronics gehört, beteiligt, um die bislang unerreichte Kontrolle der Lichtausbreitung durch die Fasern zu nutzen.

Die Wissenschaftler beschichteten die Fasern mit Titanoxid, das mit Palladium-Nanopartikeln versehen war. Dieser Ansatz erlaubte es den beschichteten Rohren, gleichzeitig als Träger und Katalysator für die kontinuierliche indirekte Wasserspaltung zu dienen, mit Methanol als Hilfsreagenz.

Pier Sazio, Mitverfasser der Studie vom Zepler-Institut: “Die optischen Fasern bilden die physikalische Schicht des bemerkenswerten vier Milliarden Kilometer langen globalen Telekommunikationsnetzes, das sich derzeit mit einer Geschwindigkeit von über Mach 20, d.h. über 14.000 ft/sec, verzweigt und ausdehnt. Für dieses Projekt haben wir diese außergewöhnliche Fertigungsmöglichkeit mit Hilfe von Anlagen hier im ORC neu genutzt, um hochskalierbare Mikroreaktoren aus reinem Quarzglas mit idealen optischen Transparenzeigenschaften für die solare Photokatalyse herzustellen.

Prof. Robert Raja, Mitverfasser der Studie und Professor für Materialchemie und Katalyse, sagt: “In den letzten 15 Jahren haben wir bei der Entwicklung einer Vorhersageplattform für das Design multifunktionaler Nanokatalysatoren Pionierarbeit geleistet, und wir freuen uns, dass diese Partnerschaft mit dem ORC zu Entwicklungen auf mehreren Skalen in der Photonik und Katalyse führen wird”.

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