З новими матеріалами проводиться штучний фотосинтез
Новий метод був би дуже важливим для отримання енергії
Можливо, ви чули про процес, за допомогою якого рослини та деякі інші організми перетворюють сонячне світло в хімічну енергію. Завдяки фотосинтезу, процесу, в якому рослини або водорості виділяють кисень (O 2 ) і споживають вуглекислий газ (CO 2 ), життя на Землі продовжує існувати. Але що, якби ми могли штучно відтворити такий природний спосіб отримання енергії?
Група дослідників з Інституту хімії (IQ) Державного університету Кампінаса (Unicamp) розробила матеріали в нанометричному масштабі (мільярдна частина метра), щоб спробувати штучно здійснити фотосинтез з основною метою отримання енергії.
«На основі наявних знань про природну систему фотосинтезу, яку здійснюють рослини, ми намагаємося відтворити основні моменти фотосинтетичної функції в штучних матеріалах, для електроенергії або навіть палива з сонячної енергії», – сказав Джексон Дірсеу Мегіатто-молодший, професор з IQ Unicamp для агентства FAPESP.
Ідея штучного фотосинтезу виникла на початку 20-го століття, але вважалося можливою лише кілька років тому, завдяки деяким науковим досягненням, які дозволили в лабораторії використовувати сонячну енергію та воду для генерації водню та кисню. , за словами режисера Мегіатто .
З інновацій, мабуть, головною є матеріали-каталізатори, які прискорюють реакції при активації сонячною енергією, розщеплюючи молекули води на водень і кисень.
Також були розроблені кремнієві сонячні панелі, що відкриває перспективу підключення цих фотоактивних матеріалів до звичайних паливних елементів – електрохімічних елементів, які перетворюють хімічну речовину в електричну енергію шляхом поєднання водню і кисню, щоб знову утворити молекули води. За словами Дірчеу Мегіатто, проблема полягає в тому, щоб підключити матеріали до паливного елемента. «Якщо ми зможемо використовувати водень і кисень, вироблені новими матеріалами, у паливному елементі, можна буде знову виробляти воду та електрику і замкнути цикл проведення штучного фотосинтезу», – сказав він.
Однак є деякі мінуси використання кремнієвої пластини як матеріалу для фотосинтезу: висока вартість і складність обробки для досягнення бажаної чистоти.
Альтернатива кремнію
Шукали альтернативний природний матеріал для штучного фотосинтезу, оскільки кремнієві сонячні панелі в той час були нежиттєздатними. IQ Unicamp шукав цю альтернативу в самій природі. Немає кращого каталізатора, ніж хлорофіл, пігмент, який, крім зеленого кольору, також природним чином використовується рослинами для фотосинтезу. «Ці молекули є виходом із природи, щоб мати можливість поглинати сонячну енергію. Проте процес їх хімічного синтезу є складним і дорогим», – прокоментував Мегіатто.
Тому був створений штучний хлорофіл, який називається порфірином. Він простіший у використанні та має хімічну стабільність, якої не забезпечує природний хлорофіл.
«Ці матеріали, з’єднані з каталізаторами, виявилися дуже перспективними для перетворення сонячної енергії в хімічну енергію шляхом окислення молекул води, але на даний момент їх вивчають лише у водному розчині, а не у фотосинтетичному. пристрій справжній», – заявив Мегіатто.
Тепер мета – сформувати фотоактивну полімерну плівку з утвореними молекулами, щоб розробити твердий матеріал і нанести їх на металеві та напівпровідникові пластини (електроди), необхідні для функціонування сонячної батареї.
«Знання, отримані в рамках цього проекту, можна також застосувати в сільськогосподарських дослідженнях для підвищення врожайності рослин, що використовуються для виробництва біопалива», – підсумував Мегіатто.
Джерело: агентство FAPESP
