Naukowcy z Japonii zaprojektowali hydrożele, które naśladują procesy fotosyntezy, umożliwiając bezpośrednie wykorzystanie światła słonecznego do rozkładu wody na wodór i tlen. Co to oznacza?

Nowatorskie rozwiązanie z Japonii?

Naukowcy z Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) oraz University of Tokyo stworzyli hydrożele zdolne do przeprowadzania sztucznej fotosyntezy. Zaawansowane sieci polimerowe umożliwiają im wydajny transfer elektronów, co pozwala na podział cząsteczek wody na tlen i wodór. 

– Największym wyzwaniem było ustalenie, jak ułożyć te cząsteczki, aby mogły płynnie przenosić elektrony – mówi profesor Kosuke Okeyoshi z JAIST. – Dzięki zastosowaniu sieci polimerowej byliśmy w stanie zapobiec ich zlepianiu się, co jest częstym problemem w syntetycznych systemach fotosyntezy.

Sztuczna fotosynteza ma na celu odtworzenie metody natury poprzez wykorzystanie światła słonecznego do napędzania reakcji chemicznych generujących czystą energię. Jednak dotychczas wyzwaniem było stworzenie syntetycznych systemów, działających tak organicznie jak naturalna fotosynteza. Badania japońskich naukowców pozwoliły na rozwiązanie tego problemu – wykorzystano w nich kompleksy rutenu i nanocząstki platyny, które symulują mechanizmy występujące w naturze. Kluczowy jest sposób organizacji molekuł wewnątrz hydrożelu, co pozwala na bardziej efektywne przechwytywanie i wykorzystywanie energii świetlnej.

– To, co jest tutaj wyjątkowe, to sposób, w jaki cząsteczki są zorganizowane w hydrożelu – mówi Reina Hagiwara, doktorantka w JAIST. – Tworząc ustrukturyzowane środowisko, sprawiliśmy, że proces konwersji energii stał się znacznie bardziej wydajny.

Jednym z przełomów w badaniu japońskiego zespołu jest zdolność hydrożeli do zapobiegania agregacji funkcjonalnych cząsteczek, czyli głównego problemu w poprzednich systemach sztucznej fotosyntezy. W efekcie możliwe było znaczne zwiększenie aktywności procesu rozszczepiania wody i wyprodukowanie więcej wodoru w porównaniu ze starszymi technikami. 

Zobacz też: Sztuczna fotosynteza – wydajna produkcja wodoru z wykorzystaniem światła słonecznego

Co dalej?

Ekologiczne paliwo, którym jest wodór, przyciąga uwagę naukowców i przemysłu na całym świecie. Produkcja tego pierwiastka z wykorzystaniem hydrożeli, bez potrzeby zewnętrznych źródeł energii, może pozytywnie wpłynąć na rozwój technologii wodorowych w transporcie, przemyśle i energetyce. Technologia ta może również pomóc w rozwiązaniu problemu nadmiaru dwutlenku węgla w atmosferze, pod warunkiem, że połączy się ją z technikami jego wychwytywania.

Jednak to jeszcze nie koniec. Kolejnymi krokami będą zwiększenia skali produkcji tych hydrożeli i zapewnienie ich długoterminowej stabilności. Zbadana zostanie również precyzyjna integracja w hydrożelach, aby jeszcze bardziej zwiększyć ich wydajność.

Prace japońskiego zespołu stwarzają nowe perspektywy dla rozwoju odnawialnych źródeł energii, które mogą pomóc zmniejszyć zależność od paliw kopalnych.

Czytaj też: Samoloty na wodór? To możliwe!

Źródło: focus.pl, pubs.rsc.org

Fot.: Canva (Greensquared/Getty Images, Olemedia/Getty Images Signature)

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.