Dirbtinės fotosintezės proceso įvaldymo poveikis visai planetai būtų milžiniškas. O naujausias metodas, pagrįstas „fotolapais“, gali būti pats perspektyviausias iš visų bandymų.
Naujas mokslininkų sukurtas aparatas naudoja vandenį, anglies dvideginį ir Saulės energiją, o gamina deguonį ir skruzdžių rūgštį, kurią galima saugoti ir panaudoti kaip kurą. Rūgštį galima naudoti ir tiesiogiai, ir konvertavus į vandenilį – kitą potencialiai švarią kurui tinkamą medžiagą.
Visos šios inovacijos pagrindas yra „fotolapai“ – fotokatalizę vykdanti į vandenį panardinta terpė, kurioje, panaudojant specifinius puslaidininkio miltelius ir padedant kobalto pagrindo katalizatoriui, sukuriama galimybė specifinėms elektronų sąveikoms ir oksidacijos reakcijoms. Jokių kitų komponentų ir papildomų energijos šaltinių šioms reakcijoms nereikia.
„Mus nustebino tai, kaip gerai ir kaip selektyviai ši terpė suveikė – ji negamino praktiškai jokių šalutinių produktų. Kartais procesai vyksta ne taip gerai, kaip tikimasi, tačiau tai buvo tas retas atvejis, kai viskas iš tiesų gavosi geriau nei tikėjomės“, – tvirtino Kembridžo universiteto (JK) chemikas Qianas Wangas.
Prototipinio fotolapo dydis buvo vos 20 kvadratinių centimetrų, tačiau jį pagaminę mokslininkai tikina, kad turėtų būti santykinai nesudėtinga vykdyti šių lapų didesnio masto gamybą, kuri neturėtų būti labai brangi.
Tikimasi, kad ilgainiui tokius lapus bus galima gaminti masiškai – panašiai, kaip dabar gaminamos įprastinės saulės baterijos, iš kurių statomi milžiniški Saulės energijos masyvai. Maža to, skruzdžių rūgštį galima saugoti tirpaluose, iš kurių ją galima konvertuoti į kitokio tipo kurą, pagal poreikį.
Tokiu būdu pasiektas rezultatas, kuris ne visuomet garantuojamas naudojant tokias energijos konversijos sistemas – švarus ir efektyvus procesas be jokių nepageidaujamų šalutinių produktų. Mat bet kokius šalutinius produktus būtina šalinti, o ši užduotis yra tokia sudėtinga, kad gali netgi iki nulio sumažinti visą pradinės reakcijos sukuriamą naudą.
„Sukurti dirbtinę fotosintezę, pasižyminčią aukštu selektyvumo laipsniu, kad didžiausias įmanomas Saulės šviesos kiekis būtų konvertuotas į norimą kurą, buvo labai sudėtinga – dažnai būdavo prigaminama daug atliekų“, – sakė Q.Wangas.
Tos pačios laboratorijos mokslininkai 2019 metais buvo sukūrę ir „dirbtinį lapą“ – medžiagą, imituojančią augalo energijos panaudojimo būdą. Naujasis fotolapas veikia panašiai, tačiau jis yra patvaresnis, lengviau vykdyti masinę jo gamybą, be to, jis iškart gamina kurą, kurį paprasčiau saugoti (dirbtinis lapas gamino dujų pavidalo kurą).
Bet tai nereiškia, kad fotolapas jau yra parengtas gamybai ir komerciniam pritaikymui: mokslininkai ketina labai stipriai padidinti jo efektyvumą, be to, eksperimentuojama su skirtingais katalizatoriais – tikimasi, kad tokiu būdu pavyks išgauti ir kitokį dirbtinės fotosintezės reakcijos produktą.
Būtinybė pereiti prie švarios energijos vartojimo šiandien spaudžia kaip niekada stipriai. Dėl to šiuo metu vykdoma labai daug panašios krypties mokslinių darbų. Visgi, kaip ir šiuo atveju, mokslinės dalies išsiaiškinimas yra tik dalis viso darbo, kurio galutinis tikslas yra praktinis metodo pritaikymas pramoniniu mastu.
„Dujinio kuro saugojimas ir šalutinių produktų atskyrimas gali būti komplikuotos užduotis – mes siekiame švarios, selektyvios skysto kuro, kurį galima nesunkiai saugoti ir transportuoti, gamybos. Tikimės, kad ši technologija atvers kelią link tvaraus ir praktiško kuro gamybos iš Saulės energijos proceso“, – sakė Kembridžo univeristeto chemikas Erwinas Reisneris.
Tyrimo rezultatus publikavo žurnalas „Nature Energy“.
