Powszechne zastosowanie ogniw fotowoltaicznych polega na zamianie energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Okazało się jednak, że promieniowanie słoneczne można bezpośrednio przekształcać w paliwo płynne. Stało się to możliwe dzięki grupie badaczy z Harvardu, dla których inspiracją był proces fotosyntezy zachodzący w roślinach. Opracowali metodę, która oprócz separacji cząsteczki wody na wodór i tlen, powoduje powstanie izopropanolu. Może to być przełomowe odkrycie, które pozwoli zasilać pojazdy.

Reklama

Rośliny są w stanie się wyżywić poprzez proces fotosyntezy. Naukowcy, inspirowani tym procesem, dostrzegli, że możliwa jest konwersja energii ze Słońca w użyteczną moc, co zostało wykorzystane w produkcji energii elektrycznej, np. w panelach fotowoltaicznych. Ale okazało się, że można pójść dalej i wykorzystywać energię promieniowania słonecznego w celu uzyskania płynnego paliwa. Naukowcy z Uniwersytetu w Harvardzie stworzyli tzw. „bionic leaf”, który przekształca energię słoneczną na organiczne paliwo. Wynalazek ten powszechnie znany jako sztuczny liść został opracowany wcześniej przez Daniela Nocera i był odpowiedzialny za przetwarzanie energii słonecznej na paliwo wodorowe.

Nowy wynalazek opracowany przez badaczy z Harvardu nie tylko oddziela wodór i tlen z cząsteczki wody, ale również łączy powstały wodór z dwutlenkiem węgla i doprowadza do powstania izopropanolu, który wykorzystywany jest w paliwach płynnych. Daniel Nocera, wynalazca poprzedniej mniej zaawansowanej wersji sztucznego liścia  jest również współtwórcą obecnej wersji, w której wykorzystywany jest specjalny szczep bakterii. Odpowiadają one za przekształcanie wodoru i dwutlenku węgla w pożądany produkt końcowy. Według twórców jest to również doskonały magazyn energii elektrycznej.

Działanie pierwotnej wersji Sztucznego liścia polega na umieszczeniu ogniwa fotoelektrycznego pomiędzy dwoma cienkimi katalizatorami wykonanymi z tlenków metali. Całość umieszcza się w wodzie, a do katalizatorów doprowadzany jest impuls elektryczny, który rozbija cząsteczki wody na wodór i tlen. Tlen w postaci pęcherzyków przykleja się do spodniej części katalizatora, natomiast wodór unosi się nad katalizatorem po drugiej stronie płytki półprzewodnikowej. Obecnie proces ten jest stale udoskonalany, by osiągać coraz lepsze efekty.

Bakterie Ralstonia eutropha są kluczem całego przedsięwzięcia, jest to szczep specjalnie wyhodowany przez badaczy. Produkt uboczny funkcjonowania tych mikroorganizmów, a dokładniej ich procesów metabolicznych,  to właśnie izopropanol. Bionic leaf dzięki nim działa tak dobrze, że może wkrótce przewyższyć naturalną wydajność fotosyntezy. Trwają dalsze badania, które mają na celu zwiększenie sprawności całego procesu. Fotosynteza roślinna przekształca około 1 proc. promieniowania słonecznego na energię użyteczną, a naukowcy pracują nad osiągnięciem wartości 5 proc. Zespół udoskonala szczep bakterii, który rośnie dobrze nawet podczas stosowania niskich napięć, które mogą być emitowane przez płytki słoneczne w rdzeniu systemu w pochmurny dzień, co może znacznie poprawić ogólną wydajność.

Wytwarzany wodór to uniwersalne paliwo, które może zostać użyte do zasilania ogniw paliwowych, jednak ze względu na to, że jest to gaz, nie wszyscy są przekonani do jego użytkowania. Postanowiono więc włączyć w proces bakterie i generować paliwo płynne, które są znacznie łatwiejsze w użyciu i przechowywaniu. Dlatego w unowocześnionej wersji sztucznego liścia gazowy wodór jest wprowadzany do metabolicznie zmodyfikowanej wersji bakterii Ralstonia eutroha. Tam zachodzi połączenie wodoru i dwutlenku węgla, następuje również podział komórek i powstaje izopropanol, który z powodzeniem może być spalany w silniku podobnie jak etanol lub wykorzystywany jako dodatek do benzyny.