Co to jest sztuczna fotosynteza?
Rośliny czerpią energię w sposób, który bardzo różni się od sposobu pozyskiwania energii przez ludzi. Kiedy człowiek potrzebuje energii, je jedzenie. Kiedy roślina potrzebuje energii, wykorzystuje proces fotosyntezy, aby pobierać dwutlenek węgla ze środowiska i wykorzystywać światło słoneczne do przekształcania go w cukry, co jest rodzajem energii, której potrzebuje do życia. Naukowcy pracują nad powtórzeniem procesu fotosyntezy, próbując wykorzystać energię Słońca w nowy, skuteczny i przyjazny dla środowiska sposób, a badania nad sztuczną fotosyntezą przyniosły interesujące wyniki.
Zdolność do produkcji sztucznej fotosyntezy została po raz pierwszy ogłoszona w 2000 r., Chociaż badania były już na etapie planowania. Badacze polegali na efekcie Hondy-Fujishimy, który został odkryty w 1953 r. I wykorzystują dwutlenek tytanu jako fotokatalizator. Fotokatalizator przyspiesza procesy związane ze światłem i, w tym przypadku, energią.
Z powodu naukowego i biznesowego zainteresowania sztuczną fotosyntezą oraz chęci stworzenia potencjalnych nowych produktów, które mogłyby z niej wynikać, obszar badań podzielił się na dwie strony. To dało dwa różne wyniki: ogniwa fotoelektrochemiczne i światłoczułe ogniwa słoneczne. Każda komórka działa na innych zasadach, ale stara się uzyskać ten sam rezultat: sztuczną energię fotosyntetyczną, którą można wykorzystać i przechowywać do późniejszego wykorzystania, co zmniejszyłoby zależność świata od nieodnawialnych źródeł energii.
Ogniwa fotoelektrochemiczne, zwane również PEC, wykorzystują prąd elektryczny wody do wytwarzania wodoru i tlenu w procesie zwanym elektrolizą. Energię elektryczną można następnie magazynować w wodorze, który jest „nośnikiem energii”, a energię można wykorzystać później, na przykład w akumulatorach. Istnieją dwa rodzaje PEC, z których jeden wykorzystuje powierzchnie półprzewodnikowe do pochłaniania energii słonecznej i pomaga rozdzielać cząsteczki wody w celu wykorzystania energii. Druga odmiana wykorzystuje rozpuszczone metale do poboru energii słonecznej i rozpoczęcia procesu sztucznej fotosyntezy. Najczęstszymi katalizatorami metalowymi dla tego rodzaju reakcji są kobalt i rod. Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) stwierdzili, że te metale są najbardziej skuteczne w tego rodzaju pracy.
Inny rodzaj badanego ogniwa, barwione ogniwo słoneczne, nazywane jest czasem ogniwem Gratzela lub ogniwem Graetzela. Podobnie jak PEC, światłoczułe barwione komórki sztucznej fotosyntezy wykorzystują półprzewodnik do gromadzenia energii, zwykle krzemu. W komórkach uwrażliwionych na barwnik półprzewodnik służy do transportu zgromadzonej energii, a fotoelektrony lub cząstki energii są oddzielane i wykorzystywane za pomocą specjalnych barwników. Komórki Gratzel są uważane za najbardziej skuteczną obecnie dostępną formę sztucznej fotosyntezy, a także za najbardziej opłacalną w produkcji. Wady wynikają głównie z obaw związanych z temperaturą związanych z ciekłymi barwnikami, ponieważ mogą one zamarzać w niższych temperaturach i zaprzestać produkcji energii oraz rozszerzać się w wyższych temperaturach i pękać.
Wciąż prowadzone są badania w dziedzinie sztucznej fotosyntezy, szczególnie w poszukiwaniu lepszych katalizatorów i mechanizmów transportu energii. Chociaż nie są one najskuteczniejszą dostępną formą produkcji energii, nadal cieszą się dużym zainteresowaniem ze względu na ich wysoką potencjalną wydajność, niskie koszty produkcji i możliwe konsekwencje dla środowiska. Gdyby sztuczna fotosynteza stała się dostępna i niezawodna, światowa zależność od nieodnawialnych paliw kopalnych mogłaby zostać znacznie zmniejszona.