Výskumníci z Yaleovej univerzity dosiahli významný prelom v oblasti čistej energie. Vyvinuli prvé samostatne fungujúce zariadenie, ktoré dokáže vyrábať kvapalné palivo iba zo slnečného svetla, vody a oxidu uhličitého. Takzvaný „umelý list“ pritom napodobňuje proces fotosyntézy, no podľa vedcov ho v niektorých smeroch dokonca prekonáva.

Nová technológia premieňa slnečnú energiu priamo na metanol, ktorý patrí medzi perspektívne alternatívne palivá a zároveň patrí k dôležitým surovinám chemického priemyslu. Najväčšou zaujímavosťou je však efektivita celého procesu. Výskumný tím tvrdí, že nový systém dokáže premieňať slnečnú energiu na alkoholové palivo až 32-krát efektívnejšie než doterajší rekord medzi podobnými technológiami.

„Vyzerá to veľmi sľubne. Koncept je porovnateľný s tým, čo robí príroda,“ uviedol profesor Hailiang Wang z Yaleovej univerzity, ktorý stál na čele výskumu. Podľa jeho slov boli prvé výsledky natoľko presvedčivé, že tím okamžite pochopil potenciál celej technológie.

Objav prichádza v období, keď vedci po celom svete hľadajú nové spôsoby ukladania energie z obnoviteľných zdrojov a zároveň riešenia na znižovanie koncentrácie skleníkových plynov v atmosfére.

Práve tu by mohol nový umelý list priniesť dvojitý prínos. Z atmosféry odoberá oxid uhličitý, ktorý patrí medzi hlavné príčiny klimatických zmien, a zároveň z neho vyrába využiteľné palivo.

Ako funguje umelá fotosyntéza

Princíp technológie je inšpirovaný rastlinami. Tie počas fotosyntézy premieňajú slnečné žiarenie, vodu a oxid uhličitý na chemickú energiu uloženú v organických zlúčeninách.

Vedci sa už desaťročia snažia tento proces napodobniť v laboratórnych podmienkach. Výsledky však doteraz narážali na nízku efektivitu alebo komplikovanú konštrukciu zariadení.

Wikipedia / Bing (úprava redakcie)

Nový systém využíva kombináciu špeciálneho katalyzátora a fotoelektródy, ktoré spolu vytvárajú uzavretý proces výroby metanolu. Kľúčovým prvkom je katalyzátor založený na molekulách kobaltového ftalocyanínu ukotvených na uhlíkových nanotrubiciach.

Tieto miniatúrne štruktúry fungujú ako mimoriadne efektívna cesta pre elektróny. Vďaka tomu dokáže systém dodávať dostatok energie na rozklad molekúl oxidu uhličitého a ich premenu na metanol.

Podľa vedcov ide o výrazný krok vpred oproti predchádzajúcim technológiám, ktoré dokázali produkovať najmä oxid uhoľnatý alebo iné jednoduchšie zlúčeniny.

Rekordná účinnosť a potenciál pre priemysel

Druhým dôležitým komponentom je fotoelektróda vytvorená zo silikónových mikrostĺpikov pokrytých vrstvou fullerénového uhlíka. Táto architektúra umožňuje efektívnejšie zachytávanie slnečnej energie a lepší prenos elektrónov ku katalyzátoru.

Výsledkom je najefektívnejšia fotoelektrokatalytická premena oxidu uhličitého na metanol založená na kremíku, aká bola doteraz zaznamenaná.

„Keď som s projektom začínal, predstava samostatne fungujúceho zariadenia bola veľmi vzdialená. Po piatich rokoch vývoja sme vytvorili všetky jeho časti od základov. Vidieť, ako sa zo slnečného svetla, vody a CO₂ stáva použiteľné palivo, je neuveriteľne uspokojujúce,“ povedal hlavný autor štúdie Bo Shang.

Význam objavu presahuje samotnú výrobu metanolu. Technológia naznačuje nový spôsob, ako ukladať energiu zo slnka vo forme kvapalného paliva. To by mohlo pomôcť riešiť jeden z najväčších problémov obnoviteľných zdrojov – nestálu výrobu elektriny závislú od počasia.

Začiatok novej generácie solárnych palív

Výskum vznikol v rámci projektu CHASE (Center for Hybrid Approaches in Solar Energy to Liquid Fuels), ktorý združuje sedem amerických výskumných inštitúcií. Na projekte sa okrem Yaleovej univerzity podieľali aj výskumníci z University of North Carolina, North Carolina State University a University of Pennsylvania.

Vedci upozorňujú, že technológia sa zatiaľ nachádza vo výskumnej fáze a pred komerčným využitím bude potrebné ďalej zvyšovať jej účinnosť a znižovať výrobné náklady.

Samotný tím však považuje súčasný výsledok za dôkaz, že umelá fotosyntéza môže byť reálnou cestou k výrobe ekologických palív budúcnosti. Ak sa podarí technológiu úspešne škálovať, v budúcnosti by mohla premieňať slnečnú energiu a oxid uhličitý na cenné palivá priamo tam, kde vznikajú emisie.

Takýto scenár by znamenal nielen nový zdroj čistej energie, ale aj praktický spôsob, ako časť uhlíka z atmosféry opäť zapojiť do energetického cyklu namiesto jeho ďalšieho hromadenia v ovzduší.

Čítajte viac z kategórie: Ekológia