Fotosinteza artificială, tot mai aproape de realitate. Ce au reușit cercetătorii?

Imaginați-vă că am putea face ceea ce pot face plantele verzi: fotosinteză. Atunci ne-am putea satisface nevoile enorme de energie cu hidrogen „verde” și biodiesel neutru din punct de vedere climatic. De aceea, fotosinteza artificială este în centrul atenției cercetătorilor.

Oamenii de știință lucrează la acest lucru de zeci de ani. Chimistul Chengyu Liu își va primi doctoratul pe 8 iunie pentru un pas înainte care ne aduce mai aproape de fotosinteza artificială. El se așteaptă ca aceasta să fie ceva obișnuit în 50 de ani.

De fapt, putem realiza deja fotosinteza așa cum o pot face plantele verzi. Energia solară transformă CO2 și apa în oxigen și compuși chimici pe care îi putem folosi drept combustibil: de exemplu, în hidrogen, dar și în compuși de carbon precum cei găsiți în benzină.

Însă costurile sunt mai mari decât valoarea combustibilului care poate fi produs prin această metodă, subliniază Phys.org. Dacă vom putea schimba și extinde această fotosinteză artificială la o scară uriașă, atunci toate problemele noastre energetice vor fi rezolvate. Atunci emisiile de CO2 din producția de energie vor deveni negative.

Când va deveni comună fotosinteza artificială?

Deși sună promițător, încă nu am ajuns în acel stadiu. „Acum, că acest subiect este un subiect atât de fierbinte în întreaga lume, cred că prima aplicare reală a tehnologiei va deveni realitate în termen de 20 de ani”, a spus Chengyu Liu, unul dintre cercetătorii dedicați care lucrează la fotosinteza artificială.

Dar asta nu este tot, continuă el: „După introducerea unei noi tehnologii ca aceasta, durează întotdeauna zeci de ani până să devină o practică obișnuită. Așa a fost și după inventarea motorului cu abur în secolul al XIX-lea. Bănuiesc că vor mai trece încă 30-50 de ani înainte ca această tehnologie să fie folosită industrial la scară largă”.

Hidrogen „verde”

Avem deja mașini care funcționează pe hidrogen, singura lor emisie fiind cea de apă. Dar este nevoie de multă energie pentru a produce acel hidrogen.

„Hidrogenul verde” pe care îl producem în zilele noastre înseamnă doar că obținem energia necesară pentru a-l produce dintr-o turbină eoliană sau dintr-un panou solar, și nu din cărbune, gaz sau petrol. Prin fotosinteză, acea energie vine direct de la soare, fără să mai fie nevoie de un panou solar care să furnizeze energie.

Cum ar arăta lumea noastră dacă fotosinteza artificială ar fi standardul? Am avea peste tot arbori artificiali cu frunze artificiale pentru a ne satisface nevoile energetice?

„Într-adevăr, avem nevoie de suprafețe uriașe pentru a capta lumină, CO2 și apă (vapori). Acest lucru se poate face, de exemplu, sub formă de panouri solare amplasate pe acoperișuri. Sau am putea amplasa cutii de fotosinteză în deșert, lucrând pe timp de zi și colectând vapori de apă seara”, spune Liu.

„Trebuie să existe modalități mult mai diferite de a folosi acest instrument. Odată ce vom rezolva cu succes problema prețului reacțiilor, următorul pas va fi optimizarea dispozitivelor pentru aplicații la scară largă”, a adăugat el.

Materia primă pentru fotosinteza artificială

„Ar fi grozav dacă am putea folosi apa de mare, pentru că nu este rară. Am folosi apoi un dispozitiv care produce energie foarte ieftin, din lumina soarelui, apă de mare gratuită și CO2 gratuit. Energia fosilă va fi mult prea scumpă, în comparație”, își imaginează Liu.

Fotosinteza artificială, ca și varianta naturală a plantelor verzi, constă din două părți. Prima este apa care se împarte în hidrogen și oxigen. Cealaltă este reducerea dioxidului de carbon în hidrocarburi bogate în energie. Obiectivul este realizarea acestor două părți într-un singur sistem care, pe de o parte, reduce conținutul de CO2 din aer și, pe de altă parte, produce combustibili și oxigen.

Catalizatorul ideal: eficient, ieftin și disponibil

În lucrarea sa de doctorat, Liu s- concentrat pe prima parte, a divizării apei, care produce hidrogen și oxigen. Un accelerator de reacție sau un catalizator poate ajuta la creșterea eficienței energetice a acestei reacții.

„Am dezvoltat, printre altele, strategii pentru a proiecta catalizatori mai eficienți. Catalizatorul ideal nu este doar eficient, ci și ieftin și ușor de procurat. Nu ar trebui să fie un metal rar, de exemplu, care trebuie obținut dintr-un loc anume, cu multe daune asupra mediului”, spune Liu.

Găsirea catalizatorului ideal este una dintre cele mai mari provocări în acest domeniu de cercetare, spune Liu. „Unul dintre cele mai bune momente din cercetarea mea a fost când am găsit o nouă strategie pentru a proiecta un catalizator pentru producția de hidrogen, chiar într-un mediu cu pH neutru”, spune el.

Cercetarea lui Liu a oferit noi reguli de proiectare și idei despre cum să se realizeze o fotosinteză artificială eficientă. „Rezultatele oferă o înțelegere fundamentală, precum și o strategie practică pentru găsirea de noi catalizatori pentru oxidarea apei. Sper să-mi continui cercetările. În cele din urmă, aș dori să fiu unul dintre cercetătorii care realizează un sistem complet de fotosinteză artificială”, a declarat Liu.

Vă recomandăm să citiți și:

Lentilele de contact inteligente ar putea trata o cauză principală a orbirii

Proiectul Ouija al DARPA va studia semnalele radio din atmosfera Pământului

Galaxia, transformată în „telescop cosmic” pentru a studia inima Universului tânăr

Utilajele agricole au ajuns mai grele decât dinozaurii. De ce este asta o problemă?