Kemiska sektionen

Artificiell fotosyntes och solbränsle

Under en timme tar jorden emot lika mycket solenergi som människan förbrukar på ett år. Men vi behöver kunna lagra solenergi i koncentrerad form för att kunna använda den i t.ex. fordon, och under natten och vintern när vi har mindre solljus. Om vi kunde fånga in solenergi och lagra den i form av ett bränsle – ett solbränsle – skulle vi kunna tillfredsställa en stor del av vårt energibehov. Ett solbränsle kan vara t.ex. vätgas eller en alkohol som tillverkas av bara vatten och koldioxid, med hjälp av solenergi.

Ett sätt att göra solbränsle är artificiell fotosyntes.  Det är konstgjorda system med molekyler och material som härmar principerna hos de gröna växternas fotosyntes. I slutänden kan dessa bli mer energieffektiva än naturen. De fångar in solljus och använder ljusets energi till att spjälka vatten till syrgas och elektroner. Elektronerna används sedan för att reducera koldioxid och protoner till ett bränsle, som vätgas eller en alkohol.

I fotosyntesen fångas ljus in av färgämnen som klorofyll, och ljusenergin används för att föra elektroner från molekyl till molekyl. Elektronerna används sedan för att reducera koldioxid till kolhydrater, som är ett energirikt ”bränsle”. Nya elektroner matas in till klorofyllet genom att spjälka vatten till syrgas, som vi andas. Detta är ett kraftfullt recept på hur man kan omvandla vatten och koldioxid till syrgas och bränsle med solenergi. Men växterna använder mycket av energin till sina livsprocesser, så produktionen av biomassa är inte så effektiv. Om vi istället kan göra motsvarande process i ett konstgjort system skulle vi kunna nå en mycket hög energieffektivitet i omvandlingen till ett bränsle.

I projektet studerar vi konstgjorda molekylära system som fångar in ljus, överför elektroner och använder dessa för att spjälka vatten och göra ett bränsle. Vi studerar hur man kan kontrollera överföring av elektroner och protoner mellan molekyler. Att spjälka vatten och göra ett bränsle kräver att man flyttar flera elektroner och protoner på samma gång. Det kan jämföras med att jonglera med många bollar samtidigt. En viktig del av projektet är att utveckla molekylära katalysatorer, som kan ”jonglera” på ett snabbt och energieffektivt sätt.

Projektet utförs i ett stort samarbete inom det Svenska Konsortiet för Artificiell Fotosyntes, såväl som i samarbete med internationella forskargrupper.