Co je to umělá fotosyntéza?
Rostliny získávají svou energii způsobem, který se velmi liší od způsobu, jakým lidé získávají energii. Když člověk potřebuje energii, jí jídlo. Když rostlina potřebuje energii, používá fotosyntézu, aby zachytila oxid uhličitý z okolního prostředí a sluneční světlo přeměnila na cukry, což je druh energie, kterou potřebuje k udržení života. Vědci pracují na replikaci procesu fotosyntézy, snaží se využít sluneční energii novým, efektivním a ekologicky šetrným způsobem a výzkum umělé fotosyntézy přinesl zajímavé výsledky.
Schopnost produkovat umělou fotosyntézu byla poprvé oznámena v roce 2000, ačkoli výzkum byl již ve stadiu plánování. Vědci se spoléhali na efekt Honda-Fujishima, který byl objeven v roce 1953 a používá oxid titaničitý jako fotokatalyzátor. Fotokatalyzátor urychluje procesy týkající se světla a v tomto případě energie.
Z důvodu vědeckého a obchodního zájmu o umělou fotosyntézu a touhy po potenciálních nových produktech, které by z ní mohly vyplynout, se výzkumné pole rozdělilo na dvě strany. To přineslo dva různé výsledky: fotoelektrochemické články a barvicí senzitizované solární články. Každá buňka pracuje na odlišných principech, ale snaží se dosáhnout stejného výsledku: umělá fotosyntetická energie, kterou lze využít a uložit pro pozdější použití, což by snížilo závislost světa na neobnovitelných zdrojích energie.
Fotoelektrochemické články, také nazývané PEC, používají elektrický proud vody k vytváření vodíku a kyslíku v procesu zvaném elektrolýza. Elektřinu lze poté ukládat do vodíku, což je „nosič energie“, a energii lze využít později, například v bateriích. Existují dva typy PEC, jeden, který používá polovodičové povrchy k absorpci sluneční energie a pomáhá rozdělit molekuly vody pro energetické využití. Druhá odrůda používá rozpuštěné kovy k nasávání sluneční energie a zahájení procesu umělé fotosyntézy. Nejběžnějšími kovovými katalyzátory pro tento typ reakce jsou kobalt a rhodium. Vědci z Massachusetts Institute of Technology (MIT) zjistili, že tyto kovy jsou pro tento druh práce nejúčinnější.
Jiný typ zkoumaného článku, barvivo-senzitizovaný solární článek, se někdy nazývá Gratzelova buňka nebo Graetzelova buňka. Stejně jako PEC používají umělé fotosyntetické buňky senzibilizované na barvivo polovodič pro shromažďování energie, obvykle křemíku. V buňkách senzibilizovaných na barvivo se polovodič používá k transportu sebrané energie a fotoelektrony nebo energetické částice jsou separovány a využívány pomocí speciálních barviv. Gratzelovy buňky jsou považovány za nejúčinnější formu umělé fotosyntézy, která je v současné době k dispozici, a za nejúspornější výrobu. Nevýhody jsou způsobeny zejména teplotními obavami spojenými s tekutými barvivy, protože tyto mohou při nižších teplotách zmrznout a zastavit výrobu energie a expandovat při vyšších teplotách a rozbití.
Výzkum se stále provádí v oblasti umělé fotosyntézy, zejména ve snaze nalézt lepší katalyzátory a mechanismy přenosu energie. I když nejde o nejúčinnější dostupnou formu výroby energie, stále je o ně velký zájem, protože mají vysoký potenciální výnos, nízké výrobní náklady a možné důsledky pro životní prostředí. Pokud by umělá fotosyntéza mohla být dostupná a spolehlivá, mohla by se výrazně snížit závislost světa na neobnovitelných fosilních palivech.