Olcsó energiát hozhat a szupergyors fotoszintézis

Svéd kutatóknak sikerült olyan sebességűre gyorsítani a növényeket utánzó mesterséges fotoszintézist, ami utat nyit a gazdaságos hidrogéntermelés felé. Ezzel tíz éven belül a szénnél olcsóbb energiaforrást nyerhet az emberiség.

Olyan katalizátort készített a svéd Királyi Műszaki Főiskola kutatócsoportja, amely a természet energiatermelő folyamatát, a fotoszintézist utánozva másodpercenként háromszáz oxigénatom sebességgel képes a vizet oxigénné és hidrogénné bontani. Az utóbbi, igen gyúlékony gáz aztán tiszta energiaforrásként szolgálhatna járművek vagy más gépek meghajtására. A svéd eredmény rekord a mesterséges fotoszintézis témájú kutatásokban, és eléri a növényi vízbontási folyamat sebességét, amely fajtól függően másodpercenként 100-400 oxigénatom.

Mint az a Nature Chemistry folyóiratban publikált tanulmányban olvasható, a svéd kutatók a könnyű platinafémek csoportjába tartozó, rendkívül jó elektromos vezetőképességgel rendelkező ruténiumot használták katalizátorként kísérleteikben. "A napenergia a legjobb tiszta energiaforrás - mondta Licheng Chun kutatásvezető, az egyetem szerves kémia professzora. - Biztos vagyok abban, hogy a miénkhez hasonló projektek eredményeként tíz éven belül a megújuló energia versenyképessé válik az olcsó, de környezetszennyező szénnel."

A mesterséges fotoszintézis nem növeli az üvegházhatású gázok mennyiségét a légkörben, továbbá kiválthatók vele a fosszilis eredetű, nem megújuló energiaforrások. "A módszer továbbfejlesztésével megvalósítható lenne, hogy szén-dioxidból metánt állítsunk elő, amely szintén üzemanyagként hasznosítható. Illetve az is sikerülne, hogy az üzemanyagcellás meghajtáshoz a napfényt közvetlenül hidrogénné alakítsuk, tetszés szerinti időpontban és mennyiségben. Ezzel az akkumulátoros vagy egyéb energiatárolás gondjától is megszabadulhatnánk" - mondta Licheng Chun.

Mesterséges levéltől a nanoerdőig

Világszerte harminc éve folynak kutatások a mesterséges fotoszintézissel kapcsolatban, mert ha sikerül nagy mennyiségben megvalósítani a hidrogéntermelést, akkor rendkívül takarékos módon juttatná tiszta energiához a világot. A természetes fotoszintézis fényszakaszában a napfény energiája bontja a vizet oxigénre és hidrogénre, ezt utánozva ki lehetne váltani a bonyolult és drága technológiát, amelyben elektrolízissel bontják szét a vízmolekulát alkotóelemeire. Az elektrolízishez ugyanis először temérdek elektromos energiát kell előállítani, ráadásul abból menet közben sok elvész - erről is tanúskodik a csökkenő hatásfok.

Az utóbbi hónapokban két ígéretes amerikai kutatás is reflektorfénybe került. 2011 szeptemberében az MIT tudósai jelentették be, hogy filléres alapanyagokból (szilícium, kobalt, nikkel) sikerült mesterséges levelet készíteniük, amely az igazihoz hasonlóan képes a vízbontásra: ehhez elég egy pohár csapvízben kitenni a napfényre. A Daniel Nocera professzor vezetésével tervezett, napelemszerű műlevél egyik oldalán a kobaltkatalizátor oxigént bocsát ki, míg a másik oldal nikkel-molibdén-cink bevonata hidrogént (ezen a videón buborékképződés jelzi a gázkibocsátást). A műlevél hatásfoka 2,5 százalék, ami a napelemek 10-18 százalékához képest kedvező, csak egyelőre megoldatlan a gázok begyűjtése, tárolása és hasznosítása.

Szintén az olcsó alkotóelemeket célozták meg a Kalifornia Egyetem kutatói, amikor szilíciumból és cink-oxidból megalkották a fotoszintetizáló 3D-nanoerdő prototípusát. Az egy mikronnyi átmérőjű zöld kefékből (nanofácskákból) miniatűr méretükből adódóan egységnyi felületen több millió elfér, ezzel növelhető a hatásfok. Ráadásul a fizikai törvényszerűségeit is figyelembe vették: a függőlegesen álló fák a természetben több napfény elnyelésére képesek, mint a vízszintes felületet alkotó, ezért a fény jelentős részét visszatükröző gyep. "Ezért látszanak az erdőségek sötétebbnek az űrből" - magyarázta a kutatásvezető, Deli Wang elektromérnök professzor.

A függőleges forma a hidrogénkibocsátás gyorsaságát is fokozza. A sík felületen kibocsátott apró buborékoknak ugyanis először nagyobb buborékká kell összeállniuk, hogy fölemelkedhessenek a felszínre (ez a begyűjtésükhöz elengedhetetlen). "A nanofácska által termelt hidrogénbuborékokat enélkül is be lehet gyűjteni, ráadásul a faágak négyszázezerszeresére növelik a kibocsátó felület méretét" - mondta Deli Wang.