Sztuczna Fotosynteza

Po zakończeniu przechadzki po centrum Amsterdamu w celu uwiecznienia na zdjęciach słynnych malowniczych kanałów, Max i Lily udali się do niemniej słynnego Uniwersytetu Amsterdamskiego. Max i Lily pracowali nad sztuczną fotosyntezą w ramach swego przedsięwzięcia związanego z energią słoneczną.

Oboje uważali, że najlepszym zakończeniem ich podróży będzie zgłębienie tego istotnego projektu, którego celem jest stworzenie procesu imitującego naturalny sposób wytwarzania energii funkcjonujący od miliardów lat, a w konsekwencji dostarczenie energii zaspokajającej potrzeby współczesnej cywilizacji.

„Potrzebujemy energii do różnych celów, ale istnieją trzy podstawowe obszary wykorzystywania energii” rozpoczęła Lily. „Ogrzewanie, produkcja energii elektrycznej oraz transport. Sztuczna fotosynteza pozwoli zaspokoić potrzeby związane z ostatnimi dwoma obszarami”.

Max jednak czuł się nieco zawiedziony. Przed swymi oczami trzymał zlewkę zawierającą ogniwo fotokatalityczne zanurzone w wodzie. W zlewce znajdowało się mnóstwo malutkich bąbelków, które unosiły się w kierunku powierzchni. „To jest sztuczny liść?” zapytał Max po przeczytaniu etykiety. „Spodziewałem się czegoś bardziej… zielonego” narzekał Max.

„Na przykład czego?” spytała Lily. „Ten sztuczny liść może nie jest zielony, ale działa na takiej samej zasadzie jak naturalny liść” kontynuowała Lily. „Czy ty chociaż wiesz, co to jest fotosynteza?” droczyła się Lily.

Max odpowiedział, iż doskonale wie, na czym polega fotosynteza. Rośliny pochłaniają energię słoneczną i przetwarzają ją na energię chemiczną. Dwutlenek węgla wychwytywany z powietrza atmosferycznego łączy się z cząsteczkami wody w celu produkcji pożywienia dla roślin: glukozy i tlenu.

„Glukoza jest węglowodanem” dodała Lily. „A sztuczny liść, który trzymasz w dłoni produkuje coś bardzo podobnego. Liść ten wykorzystuje energię świetlną do rozszczepiania cząsteczek wody na tlen i wodór. Widzisz te bąbelki? To właśnie cząsteczki tlenu i wodoru. Tlen jest wytwarzany z przodu liścia, a wodór z tyłu. Wodór jest wykorzystywany jako paliwo”.

Podczas, gdy w środowisku naturalnym „paliwa zużywalne” to węglowodany, białka i tłuszcze, w przypadku sztucznej fotosyntezy naukowcy poszukiwali paliwa, które napędzałoby samochody i energii elektrycznej do zasilania urządzeń. Sztuczna fotosynteza to proces tworzenia paliw jedynie z wody, światła słonecznego i dwutlenku węgla. Jest to kluczowy proces leżący u podstaw świata, który nie potrzebuje już paliw kopalnych.

Poprzez połączenie cząsteczek dwutlenku węgla z cząsteczkami wody w procesie sztucznej fotosyntezy powstają węglowodory. Zbudowane z wodoru i węgla węglowodory takie jak propan i oktan są podstawowymi składnikami benzyny oraz gazu ziemnego i od stuleci są wykorzystywane jako paliwa. Kolejną zaletą sztucznej fotosyntezy tego typu jest obniżenie stężenia dwutlenku węgla w naszej atmosferze.

„Ale jak to się odbywa?” głośno zastanawiał się Max. Lily powiedziała, że jest jedno słowo, które wyjaśnia wszystko: katalizator. Katalizator to materiał, który przyspiesza reakcję chemiczną. Aby umożliwić zachodzenie procesu sztucznej fotosyntezy, opracowano nowy katalizator.

Gdy katalizatory zostaną połączone z materiałami, które pochłaniają światło, możliwa jest wydajna produkcja paliw, takich jak metanol. Początkowo metale szlachetne, takie jak platyna lub iryd były wykorzystywane jako katalizatory. Jednakże materiały te były bardzo drogie, zatem pojawiła się konieczność opracowania nowych, tańszych materiałów alternatywnych. Przykładem katalizatora, który jest nieszkodliwy, przyjazny środowisku, a także bardzo stabilny, jest dwutlenek tytanu. Ponadto, udowodniono, iż pewne stopy metali są skutecznymi katalizatorami. W szczególności jeden stop niklu, miedzi i cynku (NiMoZn) odznacza się wyjątkową skutecznością w procesie produkcji wodoru.

Zarówno Max, jak i Lily byli pod wrażeniem tego osiągnięcia. Sztuczny liść może nie wygląda jak prawdziwy liść, ale działa na takiej samej zasadzie. Proces sztucznej fotosyntezy przyczynia się do zredukowania stężenia dwutlenku węgla w atmosferze, zapewniając świeższe powietrze. Jednocześnie w procesie tym produkuje się paliwa dla samochodów oraz zasilanie dla urządzeń elektrycznych. Wydajność, dbałość o środowisko, ekologiczność: oto ścieżka do nowego, lepszego świata.