Mesterséges fotoszintézis

Amszterdam belvárosában való kóricálás és híres festői csatornák lefényképezése után Max és Lily a – szintén világhírű – Amszterdami Egyetem felé tartott. A napenergiával kapcsolatos elképzelésük részeként a mesterséges fotoszintézis kidolgozásán munkálkodtak.

Mindketten úgy érezték, hogy nem is lehetne megfelelőbben befejezni az útjukat, mint jobban megismerni ezt az izgalmas témát, ami nem más, mint egy olyan eljárás fejlesztése, amivel utánozható az, ahogy a természet évmilliárdok alatt nyerte az energiát – energiát nyerni a modern civilizáció szükségleteinek kielégítésére.

– Rengeteg dologra használunk energiát, de ezek közül kiemelkedik három alapvető szükséglet – kezdte Lily. – Fűtés, villamos energia és közlekedés. A mesterséges fotoszintézis az utóbbi kettőhöz járulhatna hozzá.

Max azonban nem tudott mást érezni, mint csalódottságot. Szemmagasságban tartott egy főzőpoharat, ami vízben lévő fotokatalitikus cellát tartalmazott. Sok parányi buborék emelkedett a víz felszíne felé.

– Ez lenne a mesterséges levél? – kérdezte Max a címkét olvasva. – Valami másra számítottam… zöldebbre – panaszkodott.

– Mint mi? –  kérdezte Lily. – Lehet, hogy színre nem zöld, de ugyanazon elv alapján működik, mint egy levél – folytatta. – Tudod egyáltalán, mi a fotoszintézis? – incselkedett Lily.

Max elmagyarázta, hogy pontosan ismeri a fotoszintézis lényegét. A növények a napenergiát elnyelve kémiai energiává alakítják azt. A légkörből megkötött szén-dioxidot és vizet a táplálékukként szolgáló glükózzá és oxigénné alakítják.

– A glükóz egy szénhidrát – tette hozzá Lily. –  És ez a mesterséges levél, amit tartsz a kezedben, hasonló dolgot tesz. Napenergiát használ fel, hogy vizet hidrogénné és oxigénné bontson. Látod a buborékokat? Ezek oxigén és hidrogén buborékok. Az oxigén a levél elülső oldalán lép ki, míg a hidrogén a hátulsón. A hidrogén üzemanyagként használható fel.

Amíg a természetben a „hasznosítható üzemanyagok” a szénhidrogének, proteinek és zsírok, addig a tudósoknak más üzemanyag után kellett nézni, ami meghajtja az autókat, és amiből az eszközeinket működtető elektromos áram nyerhető. A mesterséges fotoszintézis az az eljárás, ahol az üzemanyag nem másból, mint szén-dioxid, víz és napfény kombinációjából áll össze. Ez egy életbevágó eljárás, egy olyan világ megalapozása, amely nem igényel többé fosszilis tüzelőanyagot. A szén-dioxidot vízzel kombinálva a mesterséges fotoszintézis szénhidrogéneket állít elő. A hidrogénből és karbonból álló szénhidrogéneket – úgymint oktán és metán, a benzin és a földgáz fő komponensei – évszázadok óta használjuk üzemanyagként. A mesterséges fotoszintézis ezen fajtája segít mérsékelni a légkörbe kerülő szénhidrogének mennyiségét.

– De mégis hogyan történik mindez? – csodálkozott hangosan Max.

Lily elmagyarázta, hogy egy szó mindenre magyarázatot ad: katalizátorok. A katalizátorok olyan anyagok, amik felgyorsítják a kémiai reakciókat. Egy új típusú katalizátort fejlesztettek ki, ami a mesterséges fotoszintézist lehetővé teszi.

Ha ezeket a katalizátorokat összekapcsolják fényelnyelő anyaggal, úgy hatékony tüzelőanyag előállítása, mint például metanol válik lehetővé. Kezdetben ritkafémeket, platinát vagy irridiumot használták katalizátorként. Azonban ezek igen költségesek voltak, valami új és olcsóbb alternatívát kellett kifejleszteni. Például ilyen katalizátor – ami veszélytelen, környezetbarát és igen stabil – a titán-dioxid. Továbbá néhány fémötvözet is hatékony katalizátornak bizonyult. Különösen ilyen egy nikkel- molibdén-cink ötvözet (NiMoZn), ami igen hatékony a hidrogén előállításhoz.

A vívmány Maxre és is Lilyre is mély benyomást tett. Ámbár nem úgy néz ki, mint egy levél, de úgy viselkedik. A mesterséges fotoszintézis mérsékli a légkörbe juttatott szén-dioxid mennyiségét, miközben üzemanyagot szolgáltat az autóknak és elektromos eszközöknek. Hatékonyság, környezetbarátság és fenntarthatóság: az út egy új és jobb világ felé kezd alakot ölteni.