Фотосинтеза: основни механизам за живот на овој планети, бич студената ГЦСЕ биологије и сада потенцијални начин за борбу против климатских промена. Научници напорно раде на развоју вештачке методе која имитира како биљке користе сунчеву светлост да трансформишу ЦО2 и воду у нешто што можемо користити као гориво. Ако успе, за нас ће то бити вин-вин сценарио: не само да ћемо имати користи од обновљиве енергије произведене на овај начин, већ би то могао постати важан начин за смањење нивоа ЦО2 у атмосфери.
Међутим, биљкама су требале милијарде година да развију фотосинтезу и није увек лак задатак поновити оно што се дешава у природи. Тренутно основни кораци у вештачкој фотосинтези делују, али не баш ефикасно. Добра вест је да истраживања у овој области убрзавају и да групе широм света чине кораке ка искоришћавању овог интегралног процеса.
Фотосинтеза у два корака
Фотосинтеза није само хватање сунчеве светлости. Гуштер који се купа на топлом сунцу то може. Фотосинтеза је еволуирала у биљкама као начин да се та енергија (фото-бит) ухвати и ускладишти и претвори у угљене хидрате (бит синтезе). Биљке користе низ протеина и ензима које покреће сунчева светлост за ослобађање електрона, који се заузврат користе за претварање ЦО2 у сложене угљене хидрате. У основи, вештачка фотосинтеза следи исте кораке.
Погледајте повезане лампе у Лондону претварају се у пунионице Соларна енергија у Великој Британији: Како соларна енергија ради и које су њене предности?
У природној фотосинтези, која је део природног циклуса угљеника, имамо светлост, ЦО2 и воду која улазе у биљку и биљка производи шећер, објашњава Пхил Де Луна, докторат који ради на Одељењу за електротехнику и рачунарско инжењерство Универзитета из Торонта. У вештачкој фотосинтези користимо неорганске уређаје и материјале. Стварни део сакупљања сунца обављају соларне ћелије, а део за претворбу енергије се врши електрохемијским [реакцијама у присуству] катализатора.
Оно што заиста привлачи овај процес је способност производње горива за дугорочно складиштење енергије. Ово је много више од онога што тренутни обновљиви извори енергије могу учинити, чак и са новом батеријском технологијом. На пример, ако сунце не излази или ако није ветровит дан, соларни панели и ветропаркови једноставно престају да производе. За продужено сезонско складиштење и складиштење у сложеним горивима потребно нам је боље решење, каже Де Луна. Батерије су одличне за свакодневни рад, за телефоне, па чак и за аутомобиле, али никада нећемо покренути [Боеинг] 747 са батеријом.
Изазови за решавање
Када је реч о стварању соларних ћелија - првом кораку у процесу вештачке фотосинтезе - већ имамо успостављену технологију: соларне системе. Међутим, тренутни фотонапонски панели, који су обично системи засновани на полупроводницима, релативно су скупи и неефикасни у поређењу са природом. Потребна је нова технологија; онај који троши далеко мање енергије.
Гари Хастингс и његов тим из Георгиа Стате Университи, Атланта , можда набасали на почетну тачку када су гледали оригинални поступак у биљкама. У фотосинтези, пресудна тачка укључује кретање електрона на одређеној удаљености у ћелији. Једноставно речено, то кретање изазвано сунчевом светлошћу се касније претвара у енергију. Хастингс је показао да је процес врло ефикасан у природи јер се ови електрони не могу вратити у првобитни положај: Ако се електрон врати тамо одакле је и дошао, соларна енергија се губи. Иако је ова могућност ретка код биљака, на соларним панелима се то догађа прилично често, објашњавајући зашто су оне мање ефикасне од стварних.
Хастингс верује да ће ово истраживање вероватно унапредити технологије соларних ћелија повезаних са производњом хемикалија или горива, али брзо наглашава да је ово тренутно само идеја и да се мало вероватно догоди да се ово напредовање догоди ускоро. Што се тиче производње потпуно вештачке технологије соларних ћелија која је дизајнирана на основу ових идеја, верујем да је технологија даље у будућности, вероватно ни у наредних пет година, чак ни за прототип.
Истраживачи сматрају да је један од проблема који се решавају други корак у процесу: претварање ЦО2 у гориво. Како је овај молекул врло стабилан и за његово разбијање потребна је невероватна количина енергије, вештачки систем користи катализаторе за смањење потребне енергије и убрзавање реакције. Међутим, овај приступ доноси своје проблеме. Било је много покушаја током последњих десет година, са катализаторима направљеним од мангана, титана и кобалта, али дуготрајна употреба се показала као проблем. Теорија се може чинити добром, али они или престају да раде након неколико сати, постају нестабилни, успоравају или покрећу друге хемијске реакције које могу оштетити ћелију.
Али чини се да је сарадња између канадских и кинеских истраживача погодила џекпот . Пронашли су начин да комбинују никл, гвожђе, кобалт и фосфор да би радили у неутралном пХ, што знатно олакшава рад система. Будући да наш катализатор може добро да ради у неутралном пХ електролиту, што је неопходно за смањење ЦО2, можемо да покренемо електролизу смањења ЦО2 у [а] систему без мембране, а тиме и напон може да се смањи, каже Бо Зханг, из одељења макромолекуларне науке на Универзитету Фудан, Кина. Са импресивних 64% претворбе електричне у хемијску снагу, тим је сада рекордер са највећом ефикасношћу за системе вештачке фотосинтезе.
пренос датотека са рачунара на андроид вифи
Највеће питање онога што тренутно имамо је скала
За своје напоре, тим је стигао до полуфинала НРГ ЦОСИА Царбон КСПРИЗЕ, што би им могло донети 20 милиона долара за истраживање. Циљ је развити револуционарне технологије које ће емисију ЦО2 из електрана и индустријских постројења претворити у вредне производе и са својим побољшаним вештачким системима фотосинтезе имају добре шансе.
Следећи изазов је увећавање. Највеће питање онога што тренутно имамо је скала. Када се повећамо, на крају губимо ефикасност, каже Де Луна, који је такође био укључен у Зхангову студију. Срећом, истраживачи нису исцрпили своју листу побољшања и сада покушавају да катализаторе учине ефикаснијим кроз различите саставе и различите конфигурације.
Победа на два фронта
Свакако још има простора за побољшање како на кратки, тако и на дуги рок, али многи сматрају да вештачка фотосинтеза може постати важан алат као чиста и одржива технологија за будућност.
Невероватно је узбудљиво јер се поље тако брзо креће. У погледу комерцијализације, ми смо на прекретници, каже Де Луна, додајући да ће то што функционише зависити од многих фактора, који укључују јавну политику и усвајање од стране индустрије да прихвати технологију обновљивих извора енергије.
Исправљање науке је заправо само први корак. Након истраживања попут Хастингс-а и Зханг-а доћи ће пресудан потез за апсорпцију вештачке фотосинтезе у нашу глобалну стратегију око обновљиве енергије. Улог је велик. Ако се повуче, победићемо на два фронта - не само да производимо горива и хемијске производе, већ и да смањујемо наш угљенични отисак у том процесу.
