Wykorzystanie pełnego potencjału energii słonecznej dzięki sztucznym liściom
Zrównoważona eksploatacja odnawialnych źródeł energii w przyszłości umożliwi niezależność od paliw kopalnych. „W latach 80. XX wieku nikt nie wierzył, że fotowoltaika kiedykolwiek stanie się opłacalna”, zauważa José Ramón Galán-Mascarós, koordynator projektu A-LEAF i profesor badawczy w Katalońskim Instytucie Badań Chemicznych w Hiszpanii. „Pozyskiwanie energii słonecznej do zasilania sieci energetycznych jest obecnie tańsze niż czerpanie jej z innych źródeł. Dzieje się tak dzięki wielu osiągnięciom naukowym, a także dzięki skalowaniu technologii”. Coraz więcej energii ze źródeł odnawialnych przekształcane jest na energię elektryczną, więc jej magazynowanie staje się coraz ważniejszą kwestią. „Skoro rzeczywiście chcemy przestać polegać na paliwach kopalnych, magazynami energii nie mogą być tylko akumulatory”, mówi Galán-Mascarós. „Na przykład akumulatory przemysłowe są po prostu zbyt ciężkie i bywają zawodne”.
Sztuczne liście
Jednym z rozwiązań tego problemu jest przekształcenie energii pochodzącej z odnawialnych źródeł w zielone paliwo o zerowym śladzie węglowym. Bezpośrednio zastąpiłoby ono paliwa kopalne oraz umożliwiłoby wydajne i przyjazne dla środowiska przechowywanie nadmiaru energii słonecznej, kiedy światła słonecznego jest za dużo. Najpierw należy jednak wykazać, że technologia taka jest skuteczna i skalowalna. To było celem projektu A-LEAF, w ramach którego podjęto próby opracowania urządzenia naśladującego fotosyntezę, które produkowałoby paliwa słoneczne i określone substancje chemiczne. Stworzono prototyp, który przypomina niewielką puszkę, pochłaniający światło słoneczne podobnie jak liście roślin. W kontakcie z wodą i dwutlenkiem węgla powstaje w nim tlen oraz mrówczan, który może zostać wykorzystany jako paliwo słoneczne. „Ten projekt był podchwytliwy z naukowego punktu widzenia, ponieważ do budowy naszego urządzenia wybraliśmy materiały, które niekoniecznie były najlepsze”, mówi koordynator. „Rzadkie materiały mogłyby sprawdzić się lepiej, ale wtedy trudno byłoby przedstawić nasze rozwiązanie jako zrównoważone i takie, które może przekształcić społeczeństwo”. W ramach projektu połączono wiedzę naukową z wielu dziedzin z przemysłową wiedzą fachową. Rozwój energii odnawialnej to cel, który przyświecał wszystkim uczestnikom projektu. „Chcieliśmy wspólnie stworzyć sztuczny liść, który będzie opłacalny i zrównoważony”, mówi Galán-Mascarós. „Jeśli chcemy przejść na gospodarkę wolną od paliw kopalnych, nie możemy skupiać się wyłącznie na zagadnieniach naukowych”.
Bezemisyjna przyszłość
Naukowcom udało się wykazać wykonalność technologii, a kolejnym krokiem jest zaangażowanie większej liczby partnerów przemysłowych i zwiększenie skali procesu. „Udowodniliśmy, że nasza technologia, która nie wymaga zastosowania drogich i krytycznych surowców, działa”, mówi Galán-Mascarós. Celem nie jest teraz poprawa wydajności o 10 lub 15 %, lecz zwiększenie produkcji o kilka rzędów wielkości – z 50 mg do 50 kg paliwa na godzinę. „Produkcja powinna zaspokajać potrzeby przemysłowe”, mówi uczony. W ramach projektu zapoczątkowano również prace nad nowymi technikami naukowymi i narzędziami obliczeniowymi. Mogłyby one ułatwić naukowcom badania dotyczące zachowania materiałów w ściśle określonych warunkach, także w nanoskali. Galán-Mascarós podkreśla jednak, że najważniejszym osiągnięciem jest wkład projektu w przejście na paliwa odnawialne. „Nowe pokolenie naukowców i technologów przeszło szkolenie z zakresu paliw słonecznych”, dodaje Galán-Mascarós. „Naszym najważniejszym osiągnięciem było pogłębienie wiedzy i świadomości znaczenia i potencjału tej dziedziny. Wierzymy, że projekt A-LEAF odegrał ważną rolę, nawet jeśli była ona niewielka, w działaniach na rzecz bezemisyjnej przyszłości”.
Słowa kluczowe
A-LEAF, słoneczna, fotosynteza, energia, energia elektryczna, paliwa, bezemisyjność, odnawialne