Nowa technologia umożliwia sprawne przetwarzanie światła słonecznego w związki magazynujące energię
Rośliny są najlepszym możliwym wzorem do naśladowania w zakresie przetwarzania zasobów odnawialnych w czystą energię. „Rośliny wykorzystują naturalny proces fotosyntezy do przetwarzania energii słonecznej, wody i dwutlenku węgla w paliwo”, wyjaśnia Antoni Llobet, wykładowca i kierownik grupy badawczej Katalońskiego Instytutu Badań Chemicznych (ICIQ-CERCA). Czerpiąc inspirację z tego naturalnego procesu, badacze opracowali sztuczne mechanizmy fotosyntetyczne, w tym ogniwa fotoelektrochemiczne, które mogą przekształcać energię słoneczną w energię elektryczną. Energia ta może zostać następnie wykorzystana na przykład do naładowania akumulatora pojazdu elektrycznego. Niestety, technologia ogniw fotoelektrochemicznych ma szereg wad, a jedną z najważniejszych jest niższa sprawność pochłaniania światła słonecznego w porównaniu do roślin. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu LICROX zajął się tym problemem i rozpoczął prace nad dopracowaniem ogniw, by stały się wydajną i przystępną cenowo technologią pozwalającą na bezpośrednią konwersję energii słonecznej. „Naszym celem było opracowanie i przetestowanie ogniw pozwalających na przetwarzanie światła słonecznego w cząsteczki węgla pozwalające na magazynowanie energii chemicznej”, dodaje Llobet, który pełnił funkcję koordynatora projektu do spraw naukowych.
Wytwarzanie etylenu i innych produktów na bazie węgla
Ogniwo fotoelektrochemiczne opracowane w ramach projektu LICROX jest wyjątkowe, ponieważ zostało wyposażone w mechanizmy zatrzymujące światło, które zwiększają wydajność wychwytywania światła i reakcji katalizy. „Oparte na powszechnie występujących pierwiastkach mechanizmy mogą selektywnie realizować reakcje utleniania wody i redukcji dwutlenku węgla”, wyjaśnia Llobet. „W ten sposób nasze ogniwo jest w stanie skutecznie wytwarzać związki na bazie węgla, takie jak etylen, który jest jednym z najważniejszych produktów wykorzystywanych obecnie w przemyśle chemicznym”.
Przetwarzanie światła i CO2 w związki magazynujące energię
Według Llobeta, badaczom udało się wykazać potencjał przekształcania światła i CO2 w związki chemiczne magazynujące energię. Naukowiec podkreśla w szczególności sukcesy projektu w zakresie opracowania połączenia fotoanody i organicznego ogniwa fotowoltaicznego z ciemną katodą, które wykazuje selektywność w kierunku produkcji etylenu. „W tym względzie zastosowanie nowych katalizatorów tandemowych łączących nanocząsteczki miedzi z katalizatorami molekularnymi pozwoliło nam zwiększyć selektywność w kierunku etylenu”, zauważa Llobet. Naukowcy przeprowadzają obecnie końcowe badania laboratoryjne i dopracowują prototyp rozwiązania, który zostanie wykorzystany do zwiększenia skali i optymalizacji niektórych rezultatów prac.
Transformacja energetyczna – od paliw kopalnych do energii słonecznej
W ramach projektu LICROX badacze przeprowadzili również ocenę cyklu życia ogniwa fotoelektrochemicznego. Co więcej, w ramach współpracy z interesariuszami, naukowcy przeprowadzili zakrojone na szeroką skalę badanie wśród mieszkańców Europy, aby zebrać na jego podstawie dane na temat obaw społecznych związanych z nowymi technologiami energetycznymi. „Projekt LICROX był interdyscyplinarnym przedsięwzięciem, w ramach którego specjaliści z zakresu chemii, fizyki, inżynierii, optyki i nauk społecznych połączyli siły, by wspólnie opracować innowacyjne rozwiązania pozwalające na odejście od paliw kopalnych na rzecz energii słonecznej”, podsumowuje Llobet.
Słowa kluczowe
LICROX, rośliny, CO2, fotosynteza, energia słoneczna, paliwo, paliwa kopalne, zasoby odnawialne, czysta energia, ogniwo fotoelektrochemiczne, etylen
