Vědecký objev slibuje revoluci v solární energetice pomocí fotosyntézy

Vědecký objev slibuje revoluci v solární energetice pomocí fotosyntézy

23. září 2018

Vědci prozkoumali nové způsoby, jak vyrábět a ukládat energii ze Slunce. Pomocí poloumělé fotosyntézy z vody získali vodík a kyslík, ovšem mnohonásobně účinněji, než se to děje v přírodě. Jejich objev může přinést revoluci v čisté energetice.

Fotosyntéza slouží rostlinám k získávání energie ze slunečního záření. Jak si pamatujeme z hodin biologie, dochází během ní k dělení molekul vody na molekuly vodíku a kyslíku, které se následně uvolňují do vzduchu. Rostliny jsou tak hlavním zdrojem životodárného kyslíku v atmosféře, velká část živočichů by bez nich nepřežila. O vodíku se oproti tomu v posledních letech hodně hovoří v souvislosti s akumulací a získávání čisté energie.

Tým vědců z univerzity v Cambridge objevil způsob, jak pomocí takzvané poloumělé fotosyntézy tento přirozený proces výrazně zefektivnit. O svém objevu, který může znamenat revoluci v oblasti obnovitelných zdrojů a sekvestrace oxidu uhličitého, referovali v renomovaném vědeckém časopisu Nature Energy.

Fotosyntéza v přírodě ukládá sluneční záření do chemických nosičů, ale v rámci evoluce se nevyvinula jako efektivní způsob získávání paliva. Poloumělá fotosyntéza kombinuje silné stránky přirozené fotosyntézy se syntetickou chemií a vědeckými poznatky o materiálech. Vědci díky tomuto propojení vytvořili ukázkový systém, který překonává slabé stránky přirozené fotosyntézy.

Hlavní autorka studie Katarzyna Sokół k tomu říká: „Fotosyntéza není v přírodě účinná, protože se vyvinula pouze k tomu, aby umožnila jednotlivým druhům přežít. Proto se jejím prostřednictvím získává pouze minimum možné energie nutné k přežití, 1–2 % toho, kolik by bylo možné získat a uložit.“

Přestože je umělá fotosyntéza známa už několik desítek let, v sektoru obnovitelných zdrojů se zatím nerozšířila kvůli nutnosti používat nákladné a toxické katalyzátory. Právě toto slabé místo poloumělá fotosyntéza ošetřuje – na místo zmíněných katalyzátorů využívá dva enzymy.

Hydrogenáza je enzym, který se nachází v řasách a který umí katalyzovat vratnou oxidaci vodíku. Během evoluce se v řasách tento proces deaktivoval, protože nebyl nezbytný k jejich přežití. Ale týmu vědců se ho podařilo znovu aktivovat a díky němu získat vodík. Zatímco enzym fotosystém II je první fotosyntetický enzym v přirozené fotosyntéze a jediný enzym, který dokáže katalyzovat oxidaci vody a vytvářet kyslík.

Tyto enzymy spolu se syntetickými barvami, polymery a elektrodami pohlcují světlo a šíří ho mezi jednotlivými částmi poloumělého fotosyntetického systému. „Ve výsledku je celý systém s to pojmout více slunečního záření než rostliny pomocí fotosyntézy. Ve srovnání s fotosyntézou tento nový systém využívá sluneční světelné spektrum efektivněji a přináší vysoké konverzní výnosy,“ dodává Sokół.

Dr. Erwin Reisner, ředitel Reisnerovy laboratoře na univerzitě v Cambridge a spoluautor studie, považuje tento objev za průlomový. A vysvětluje proč: „Naše práce překonává řadu velkých překážek, kterým dosud čelily snahy zakomponovat přírodní části do nepřírodních materiálů za účelem získání poloumělých zařízení. A přináší řadu nástrojů a postupů, jak vytvořit nové systémy na získávání sluneční energie.“

Přestože objev znamená zásadní průlom, vědci dodávají, že účinnost celého procesu může být ještě znatelně vyšší. A zároveň upozorňují, že pouze představili důkaz, že koncept poloumělé fotosyntézy funguje. Na využití ve velkých solárních instalacích je zatím příliš křehký. A právě na tyto dvě oblasti – vyšší efektivitu a nahrazení křehkých enzymů odolnějšími a stabilnějšími fotosyntetickými buňkami – se zaměří v budoucím výzkumu.





Zdroje: Nature, Digital Trends, LabioTech