Може ли изкуствената фотосинтеза да промени радикално енергетиката?

Новата златна треска в дигиталния свят е свързана с възобновяемата енергия. Но освен финансовата страна, тук става въпрос за това тази енергия да е надеждна, което означава да се намери начини не просто за нейното генериране, но и за съхраняването й, когато тя не е необходима, и за използването й, когато е необходима.

В този случай, подобно на много други новаторски изобретения, учените се обръщат за вдъхновение към природата. Енергията, която планетата и в частност хората изразходват, идва от Слънцето в една или друга форма. Освен слънчевата енергия обаче, която вероятно е първият източник на енергия, който идва на ум, когато човек споменава Слънцето, има и друг начин за използване на слънчевите лъчи: фотосинтезата.

Фотосинтезата е процесът, чрез който растенията използват енергията на Слънцето, за да превърнат въглеродния диоксид и водата в глюкоза. Учените се опитват от години да възпроизведат процеса, като крайния резултат е електричество, а не глюкоза. Има постигнати известни успехи, макар и само в лабораторни условия.

В началото на тази година Министерството на енергетиката на САЩ обяви финансиране в размер на до 100 милиона долара, които ще бъдат разпределени за пет години за изследвания на изкуствената фотосинтеза.

„Слънчевата светлина е нашият най-основен енергиен източник и способността да генерираме горива директно от слънчевата светлина има потенциал да трансформира енергийната ни икономика и значително да засили енергийната сигурност на САЩ“, заявява в съобщение за медиите заместник-министърът на науката Пол Дабар.

Всъщност получаването на електроенергия директно от слънчевата светлина би подобрило енергийната сигурност на всяка страна, и най-вече на развиващите се страни, които нямат инфраструктура, необходима за съхраняване на големи количества неизползвана енергия, пише изданието Digital Trends. Няколко изследователи, участващи в опита за получаване на изкуствена фотосинтеза, обясняват за изданието, че въпреки нуждата от доста време, преди този вид технология да стане основна, като фотоволтаичната или вятърната, тя наистина е много обещаваща.

Как работи изкуствената фотосинтеза? Като начало се използват слънчеви клетки вместо хлорофил, за да абсорбират слънчевата светлина и да я превърнат в електричество. Изкуствените „листа“ също използват изкуствен или органичен катализатор, за да разделят водата от въздуха на водород и кислород. Изкуствената фотосинтеза, с други думи, може да произвежда не само един, а два вида гориво: електричество и водород.

Преди две години изследователи от Националната лаборатория „Лоурънс Бъркли“ на Департамента по енергетика и Съвместния център за изкуствена фотосинтеза (JCAP) публикуваха документ за нова слънчева клетка, която може да направи точно това, да приеме въглероден диоксид и вода от въздуха и използвайки слънчевата светлина, да ги превърне в електричество и водород.

Друг екип се фокусира върху молекула хлорофил, намираща се в някои бактерии, които могат да абсорбират светлина от инфрачервената част на спектъра. Приложено към изкуствената фотосинтеза, това може да повиши ефективността на процеса, което е един от ключовете за осигуряване на жизнеспособност на технологията.

Това са само два примера за работата, която се извършва в лабораторията по изкуствена фотосинтеза, целяща подобряване на природата, тъй като, растенията не са точно оптимални преобразуватели на слънчевата светлина в енергия.

„В оптималният от гледна точка на енергетиката случай, [растенията] трябва да са черни, а не зелени, за да поемат по-голямата част от цветовете в слънчевия спектър“, казва Натан Луис, химик от Калтех и главен изследовател в JCAP. „А те имат и други ограничения. Разбира се растенията са достатъчно добри, за да вършат биологичните си функции, но не са създадени да произвеждат или съхраняват енергия. За тази цел ще ни трябва нещо по-добро, както и по-ефективен и по-бърз процес на конверсия“.

Една такава алтернатива на естествената фотосинтеза е вид брезент, оборудван със слънчеви клетки, които могат да се разгънат на всяка плоска повърхност, за да абсорбират вода и светлина. След това брезентът се поставя в резервоар, пълен с катализатори за преобразуване на CO2 в химически горива, които могат да бъдат съхранявани или използвани веднага.

Може да звучи малко объркано – фотосинтеза, брезент, резервоари с катализатори, но учените и Министерството на енергетиката на САЩ изглежда смятат, че тази технология може да се превърне в още едно оръжие от арсенала за борба срещу климатичните промени. Това заедно с непрекъснатото подобряване на слънчевите клетки.

Международен екип от учени наскоро обяви пробив при супер тънките слънчеви клетки. Тяхната тънкослойна клетка беше толкова ефективна, колкото традиционната слънчева клетка. Това би направило новата клетка перфектна за покривни инсталации и други слънчеви системи за сгради, като е показателна за устойчивата тенденция в тази област – да се направят слънчевите клетки възможно най-тънки, за да се увеличи тяхната гъвкавост.

Ако изкуствената фотосинтеза се случи, със сигурност би се възползвала от тази тенденция в слънчевите клетки. Ще се възползват и от развиващите се технологии за съхранение на енергия, включително за съхранение на водород. Трудна задача е да се организират толкова много научни изследвания в различни области, но в крайна сметка общата цел може да накара всичко това да сработи. Може би след не толкова дълго време, ще видим свят, доминиран почти изцяло от възобновяема енергия, идваща от силата на Слънцето, получавана по всички възможни начини от него, и разбира се, без емисии.