Stworzyli sztuczne liście. Wytwarzają nie tylko tlen, ale również paliwo
Sztuczne liście mogą już niedługo przestać kojarzyć się wyłącznie z dekoracjami. Naukowcy opracowali pływające "sztuczne liście", które generują czyste paliwa ze światła słonecznego oraz wody. Choć to jedynie prototypy, naukowcy wróżą im świetlaną przyszłość jako źródło energii unoszące się swobodnie na powierzchni zbiorników wodnych.
Liście to jedno z najdoskonalszych dzieł matki natury. Od setek milionów lat zapewniają tlen i pokarm, inspirują artystów oraz naukowców. A w szczególności brytyjskich naukowców, którzy przyglądając się procesowi fotosyntezy od ponad trzech lat dążą do stworzenia sztucznych liści zdolnych wytwarzać paliwa w procesie fotosyntezy.
Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge zaprojektowali cienkie, elastyczne urządzenia, które wyglądem i działaniem czerpią inspirację z liści oraz procesu fotosyntezy. Opracowane przez brytyjskich uczonych liście są usprawnieniem projektu z 2019 roku, który miał na celu stworzyć urządzenie zdolne przetwarzać światło słoneczne w paliwo. Badacze swe osiągnięcia opisali na łamach czasopisma Nature.
Fotosynteza, która wytwarza paliwo
Od kilku lat grupa badawcza pod przewodnictwa profesora Erwina Reisnera z Uniwersytetu Cambridge pracuje nad sztucznymi liśćmi - źródłem odnawialnej energii, które zasilałoby nie tylko pojazdy na lądzie, ale w i w wodzie. Bowiem około 80 proc. statków towarowych na świecie jest zasilanych paliwami kopalnymi, które nie mają zbyt wielu alternatyw dla tego typu maszyn.
W 2019 roku opracowali oni sztuczny liść, który ze światła słonecznego, dwutlenku węgla i wody wytwarza syngaz - kluczowy półprodukt w produkcji wielu chemikaliów i farmaceutyków. Prototyp generował paliwo poprzez połączenie dwóch absorberów światła z odpowiednimi katalizatorami. Zawierał on jednak grube szklane substraty i powłoki chroniące przed wilgocią, co czyniło urządzenie nieporęcznym.
"Sztuczne liście mogłyby znacznie obniżyć koszty produkcji ekologicznego paliwa, ale ponieważ są zarówno ciężkie, jak i kruche, trudno je produkować na skalę i transportować."
- powiedział doktor Virgil Andrei z Wydziału Chemii w Cambridge Yusuf Hamied, współautor pracy
Po opracowaniu prototypu, kolejnym celem naukowców było przystosowanie urządzenia do wymiarów i masy pozwalających na swobodne unoszenie się na wodzie.
Elektronika inspiracją dla liści
W przypadku ulepszonej wersji sztucznego liścia brytyjscy badacze czerpali inspirację z przemysłu elektronicznego, gdzie techniki miniaturyzacji doprowadziły do powstania smartfonów i elastycznych wyświetlaczy, rewolucjonizując tę dziedzinę.
Wyzwaniem dla badaczy z Cambridge był sposób osadzenia absorberów światła na lekkich podłożach i zabezpieczenie ich przed przenikaniem wody. Aby pokonać te przeszkody, zespół wykorzystał cienkowarstwowe tlenki metali i perowskity - minerały zbudowane z nieorganicznych związków chemicznych, które mogą być powlekane na elastyczne folie plastikowe i metalowe.
Urządzenia zostały pokryte cienkimi, hydrofobowymi warstwami na bazie węgla, które zapobiegły niszczeniu liścia przez wilgoć. W efekcie otrzymali urządzenie, które nie tylko działa, ale i wygląda jak prawdziwy liść.
Testy "nowych" sztucznych liści wykazały, że mogą one rozszczepiać wodę na wodór i tlen lub redukować dwutlenek węgla do gazu syntezowego - gazu z którego otrzymuje się benzynę syntetyczną. Choć projekt nadal wymaga usprawnień aby stać się pełnoprawnym produktem komercyjnym, naukowcy mówią, że to osiągnięcie otwiera zupełnie nowe drogi w ich pracy.
"Farmy słoneczne stały się popularne do produkcji energii elektrycznej; przewidujemy podobne farmy do syntezy paliw. Mogłyby one zasilać osady nadmorskie, odległe wyspy, pokrywać stawy przemysłowe lub unikać parowania wody z kanałów irygacyjnych"
- mówi Virgil Andrei
