Nauka

Co może nam dać sztuczna fotosynteza? Paliwo wodorowe!

Jakub Szczęsny
2

Naukowcy, działając w ramach inspiracji sposobem działają roślin - zrobili znaczący krok w kierunku opracowania urządzenia, które w skrócie: pobiera wodę z powietrza, a będąc zasilanym jedynie światłem słonecznym - dostarcza nam paliwo wodorowe. Wizja, znana nam głównie z motywów science - fiction, już za chwilę może stać się rzeczywistością.

Jak to możliwe? Inżynier chemiczny EPFL Kevin Sivula i jego zespół zrobili znaczący krok w kierunku stworzenia takiego urządzenia. Ich odpowiedzią na cały czas rosnące potrzeby naszej cywilizacji jest prosty system, który łączy technologię opartą na półprzewodnikach z nowymi elektrodami, które mają dwie kluczowe cechy: są porowate, aby zmaksymalizować kontakt z wodą w powietrzu; i przezroczyste, aby zmaksymalizować ekspozycję światła słonecznego na powłokę półprzewodników. Ich prototyp, gdy jest wystawiony na działanie światła słonecznego, pobiera wodę z powietrza i wytwarza gazowy wodór. Wyniki badań opublikowano 4 stycznia 2023 roku w czasopiśmie Advanced Materials.

Polecamy na Geekweek: Teraz nawet akwaria są inteligentne. Wiedzą, na jaką rybę patrzymy!

Wyniki są naprawdę obiecujące. Liczy się również jednak to, w jaki sposób naukowcy w ogóle wpadli na pomysł wytwarzania energii w ten sposób. Otóż, inżynierowie EPFL we współpracy z Toyota Motor Europe, zainspirowali się sposobem, w jaki rośliny są w stanie przekształcić światło słoneczne w energię chemiczną przy użyciu dwutlenku węgla z powietrza. Roślina z niego pobiera dwutlenek węgla i wodę. Natomiast dzięki energii pochodzącej ze światła słonecznego może przekształcić te cząsteczki w cukry i skrobię. Efektem jest również wydzielanie tlenu, który jest potrzebny do życia większości organizmów, naukowcy opracowujący urządzenie służące do wytwarzania wodoru bazują wprost na tym, co podpatrzyli w naturze.

Przezroczyste elektrody dyfuzyjne opracowane przez naukowców, po pokryciu materiałem półprzewodnikowym skupiającym światło światło, rzeczywiście działają jak sztuczny liść - zbierając wodę z powietrza i absorbując światło słoneczne. Energia światła słonecznego jest przechowywana w postaci wiązań wodorowych. Działa to podobnie jak w przypadku roślin: tam energia słoneczna "kryje się" wewnątrz cukrów i skrobi w postaci wiązań między ich cząsteczkami.

Osobliwe elektrody receptą na zbudowanie działającego urządzenia wytwarzającego wodór

W jaki sposób naukowcom udało się stworzyć efektywne elektrody? Zamiast budować je w tradycyjny sposób, postanowili oni wykorzystać w nich trójwymiarową siatkę ze sfilcowanych włókien szklanych. Warto dodać, że prezentowana metoda już została uznana za taką, której działanie jest potwierdzone. Wiele zespołów naukowców, w tym ci z z zespołu Kevina Sivuli udowodnili wcześniej, że możliwe jest przeprowadzenie sztucznej fotosyntezy poprzez generowanie paliwa wodorowego z ciekłej wody i światła słonecznego przy użyciu urządzenia zwanego ogniwem fotoelektrochemicznym.

Obecnie, naukowcy skupiają się na istotnych wyzwaniach w zakresie optymalizacji konkretnych aspektów działania urządzenia do "sztucznej fotosyntezy": muszą sobie odpowiedzieć na pytania takie jak: Jaki jest idealny rozmiar włókien? Idealna wielkość porów? Jakie są idealne półprzewodniki i materiały dla membrany? To wszystko należy rozwiązać, zanim zaproponuje się urządzenie, które będzie można adaptować w różnych zastosowaniach oraz branżach.

Za kilka, kilkanaście lat może okazać się, że dysponujemy rozwiązaniami, które mogą pomóc nam w prostszym pozyskiwaniu czystej energii. Starania naukowców takie jak te powyższe mogą być w tym niesamowicie pomocne. Wygląda na to, że stoimy tuż za rogiem rewolucji w energetyce.

Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu