Po staletích jsme toho dosáhli: Nekonečná energie pomocí umělé fotosyntézy

Po staletích jsme toho dosáhli: Nekonečná energie pomocí umělé fotosyntézy

Snad nejzásadnějším momentem pro inovace v oblasti čisté energie je práce vědců z univerzity v Cambridge. Tito výzkumníci vyvinuli radikálně nový přístup k využívání elektřiny ze slunečního světla a vody pomocí umělé fotosyntézy.


Po staletích tito výzkumníci objevili fotosyntetické bakterie. Výzkumníci z Cambridge dosáhli něčeho velkolepého díky 3D tisku těchto malých elektrod připomínajících mrakodrapy. Tým vytvořil prostředí, ve kterém mohou sinice (nejhojnější forma života na Zemi) prosperovat a vyrábět elektřinu mnohem efektivněji než kdykoli předtím. Tuto metodu by bylo možné časem využít k napájení malých zařízení pouze pomocí světla a vody. Nyní se ptáme, zda se sen o nekonečné, udržitelné energii přibližuje realitě.

Využití přírodních elektráren

Něco, co vědce již dlouho fascinuje, jsou fotosyntetické bakterie. Fotosyntetické bakterie neboli sinice upoutaly pozornost vědců díky své schopnosti přeměňovat sluneční světlo na energii. Navzdory slibnému využití sinic všechny pokusy o využití tohoto bioenergetického zdroje často ztroskotaly a byly omezeny tím, kolik energie bylo možné získat z jejich přirozených procesů.

Dr. Jenny Zhang, vedoucí výzkumného týmu z Cambridge, proto zpochybnila dlouholetý předpoklad, že omezení spočívá v biologii samotných bakterií. Místo toho její tým odhalil, že skutečnou překážkou je materiální prostředí, v němž jsou bakterie umístěny.

Související článek

USA plánuje pod mořem rozmístit masivní zásobníky energie
USA plánuje pod mořem rozmístit masivní zásobníky energie

Spojené státy se chystají v rámci inovativní iniciativy na skladování energie rozmístit obrovské podvodní koule, z nichž každá bude mít objem 12 000 metrů krychlových. Tento počin, známý jako projekt StEnSea (Stored Energy in the Sea), má za cíl revoluční skladování energie využitím přirozeného tlaku oceánských hlubin. Tyto kolosální struktury jsou navrženy tak, aby účinně ukládaly a uvolňovaly energii, ale přesné fungování jejich vnitřních mechanismů zůstává přísně střeženým tajemstvím.

Aby tuto překážku překonal, vyvinul výzkumný tým 3D tištěné elektrodové mřížky z nanočástic oxidů kovů. Tyto struktury napodobují výškové budovy a nabízejí kombinaci obrovské plochy a vysoké světelné expozice. To jsou ideální podmínky pro sinice milující slunce, které se na nich mohou uchytit, růst a fungovat jako malé továrny na energii. „Elektrody mají vynikající světelné vlastnosti, podobně jako výškový byt se spoustou oken,“ řekl Zhang. Zhang dále tvrdil, že elektrody týmu umožňují rovnováhu mezi velkou plochou a velkým množstvím světla, trochu jako u skleněného mrakodrapu.

Představení nového uchazeče v hnutí za čistou energii

Pozorování poukazují na skutečnost, že jakmile se tyto drobné organismy usadí ve svých na míru postavených „nano-domovech“, účinnost systému se prudce zvýší. Množství energie, které tým dokázal získat, se ve srovnání s tradičními metodami zvýšilo o více než řád. Zjištěné výsledky staví tuto technologii z hlediska účinnosti přeměny energie na stejnou úroveň nebo dokonce před biopaliva a možná i některé typy solárních panelů.

Skutečnost, že sinice potřebují ke svému rozvoji pouze sluneční světlo a vodu, je odlišuje od jiných obnovitelných zdrojů energie, které mohou vyžadovat rozsáhlé plochy nebo intenzivní těžbu zdrojů. Sinice jsou nenáročnou, ale vysoce výnosnou možností v celosvětovém hledání bezuhlíkových energetických řešení. Dalším pozitivním aspektem je, že bakterie při fotosyntéze přirozeně generují elektrony jako odpad, tento systém umělé fotosyntézy zachycuje to, co již příroda produkovala, avšak efektivněji.

Využití této laboratorní inovace v reálném světě

Přestože je tato technologie teprve v rané fázi, jde o poměrně zásadní průlom. Je zřejmé, že vyladěním interakce mezi umělými materiály a živými systémy by tento výzkum mohl přinést revoluci ve způsobu výroby elektřiny.

Zhang a její tým věří, že toto je teprve začátek: „Náš přístup nám umožňuje proniknout do jejich cesty přeměny energie již v raném stádiu. Pomáhá nám pochopit, jakým způsobem provádějí přeměnu energie, abychom mohli využít jejich přirozené cesty pro výrobu obnovitelných paliv nebo chemických látek.“

Výzkumný tým podporují významné vědecké instituce včetně Evropské rady pro výzkum a Cambridge Trust. Tým z Cambridge tak bude svou techniku zdokonalovat s nadějí na rozšíření jejích aplikací. Doufá, že by tento objev mohl být zpočátku využit k napájení malé elektroniky v odlehlých oblastech a nakonec integrován do větších systémů obnovitelných zdrojů. Doufáme, že tyto elektrody poháněné sinicemi sehrají cennou roli v budoucí energetické síti.

Zdá se, že po staletích od prvních snů o umělé fotosyntéze má věda možná konečně plán, jak tyto sny uskutečnit.

Širší důsledky a vyhlídky do budoucna

Umělá fotosyntéza je nejen příslibem převratných změn v oblasti výroby energie, ale nabízí také významné přínosy pro životní prostředí. Napodobením přirozeného procesu fotosyntézy by tato technologie mohla pomoci snížit hladinu oxidu uhličitého v atmosféře, což je jeden z hlavních faktorů přispívajících ke změně klimatu. Integrace těchto systémů do městského prostředí by mohla proměnit města v ekologická energetická centra, kde se budovy samy stanou generátory energie.

Potenciální využití navíc přesahuje rámec výroby elektřiny. Umělá fotosyntéza by mohla vést k výrobě udržitelných paliv a chemikálií, což by poskytlo alternativu k fosilním palivům a snížilo naši závislost na neobnovitelných zdrojích. To by mohlo způsobit revoluci v průmyslových odvětvích, jako je doprava a výroba, a otevřít tak cestu k udržitelnější budoucnosti.

S postupujícím výzkumem bude spolupráce mezi vědci, inženýry a tvůrci politik klíčová pro překonání problémů spojených s rozšiřováním této technologie. Investice do infrastruktury a podpůrné legislativy budou klíčové pro začlenění umělé fotosyntézy do stávajících energetických systémů a její zpřístupnění širší veřejnosti.

Úspěch umělé fotosyntézy by nakonec mohl nově definovat náš vztah k energii a přiblížit nás světu, kde čistá, neomezená energie není jen možností, ale skutečností.

Zdroje článku:
cam.ac.uk

#