Nowa metoda byłaby bardzo ważna dla pozyskiwania energii
Być może słyszałeś o procesie, w którym rośliny i inne organizmy zamieniają światło słoneczne w energię chemiczną. Dzięki fotosyntezie, czyli procesowi, w którym rośliny lub algi uwalniają tlen (O 2) i zużywają dwutlenek węgla (CO 2), życie na Ziemi nadal istnieje. Ale co by było, gdybyśmy mogli sztucznie odtworzyć taką naturalną metodę pozyskiwania energii?
Grupa naukowców z Instytutu Chemii (IQ) State University of Campinas (Unicamp) opracowała materiały w skali nanometrycznej (miliardowej części metra), aby spróbować sztucznie przeprowadzić fotosyntezę, której głównym celem jest produkcja energii.
„Opierając się na istniejącej wiedzy na temat naturalnego systemu fotosyntezy prowadzonego przez rośliny, próbujemy odtworzyć kluczowe punkty funkcji fotosyntezy w materiałach sztucznych, energii elektrycznej, a nawet paliwa z energii słonecznej” - powiedział profesor Jackson Dirceu Megiatto Júnior IQ Unicampa, do Agência FAPESP.
Idea sztucznej fotosyntezy narodziła się na początku XX wieku, ale uznano ją za możliwą dopiero kilka lat temu, dzięki pewnym postępom naukowym, które pozwoliły w laboratorium wykorzystać energię słoneczną i wodę do generowania wodoru i tlenu w postaci gazów - twierdzi dyrektor Megiatto. .
Spośród innowacji być może najważniejszymi są materiały katalityczne, które przyspieszają reakcje, gdy są aktywowane przez energię słoneczną, rozbijając cząsteczki wody na wodór i tlen.
Opracowano również krzemowe panele słoneczne, otwierając perspektywę łączenia tych materiałów fotoaktywnych z konwencjonalnymi ogniwami paliwowymi - ogniwami elektrochemicznymi, które przekształcają energię chemiczną w energię elektryczną poprzez łączenie wodoru i tlenu w postaci gazów w celu ponownego utworzenia cząsteczek wody. Według Dirceu Megiatto wyzwaniem jest połączenie materiałów z ogniwem paliwowym. „Jeśli będziemy w stanie wykorzystać wodór i tlen wytwarzane przez nowe materiały w ogniwie paliwowym, możliwe będzie ponowne wytwarzanie wody i energii elektrycznej oraz zamknięcie cyklu wykonywania sztucznej fotosyntezy” - powiedział.
Istnieją jednak pewne minusy stosowania płyty silikonowej jako materiału do fotosyntezy: wysokie koszty i trudna obsługa w celu uzyskania pożądanej czystości.
Alternatywa dla krzemu
Poszukiwano alternatywy dla naturalnego materiału do produkcji sztucznej fotosyntezy, ponieważ krzemowe panele słoneczne nie były wówczas możliwe. IQ Unicamp szukało tej alternatywy w naturze. Nie ma lepszego katalizatora niż chlorofil, pigment, który poza nadaniem zielonego koloru jest również naturalnie wykorzystywany przez rośliny do fotosyntezy. „Te cząsteczki są naturalnym sposobem na pochłanianie energii słonecznej. Ich proces syntezy chemicznej jest jednak trudny i kosztowny ”- komentuje Megiatto.
Dlatego powstał sztuczny chlorofil, zwany porfiryną. Jest łatwiejszy w użyciu i ma stabilność chemiczną, której nie oferuje naturalny chlorofil.
„Materiały te, po połączeniu z katalizatorami, okazały się bardzo obiecujące w przekształcaniu energii słonecznej w energię chemiczną poprzez utlenianie cząsteczek wody, ale obecnie są one badane tylko w roztworze wodnym, a nie w urządzeniu fotosyntetycznym. prawdziwe - powiedział Megiatto.
Teraz celem jest utworzenie fotoaktywnej folii polimerowej z wygenerowanymi cząsteczkami, aby uzyskać stały materiał i osadzić je na metalowych i półprzewodnikowych płytach (elektrodach), niezbędnych do funkcjonowania ogniwa słonecznego.
„Wiedza zdobyta w tym projekcie może być również wykorzystana w badaniach rolniczych do zwiększania plonów roślin wykorzystywanych do produkcji biopaliw” - podsumowała Megiatto.
Źródło: Agência Fapesp
