Umelá fotosyntéza výkonnejšia ako prírodná

Vedci sa už dávno snažia fotosyntézu napodobniť. Problémom bola malá účinnosť. Zmeniť to môže výskum, ktorý na Hardvardskej univerzite vedie Prof. Daniel G. Nocera, uznávaný odborník na výrobu solárnych palív. Pomocou syntetickej fotosyntézy by mohli vznikať z CO2 a H2O priamo organické látky ako izopropylalkohol (C3H8O), ktoré sa dajú využiť ako palivo, alebo ako surovina v organickej chémii.

Nejde o celkom priamu premenu. V prvej fáze umelá fotosyntéza dokáže pomocou katalyzátora extrahovať z vody vodík s účinnosťou až 10%. To je desaťnásobná účinnosť z hľadiska energetickej efektivity v porovnaní s prirodzenou fotosyntézou.

Bionické listy s katalyzátorom na báze niklu, molybdénu a zinku, ponorené do vody vyrábajú za pomoci slnečného žiarenia vodík. Ten sa stáva spolu s CO2 potravou pre špeciálny druh baktérií (Ralstonia eutropha), ktoré vyrobia finálny produkt – izopropylalkohol.  Technológia získala v roku 2011 ocenenie časopisu Time Inovácia roka.

Proces fungoval výborne, mal však zásadný problém. Kyslíkové radikály poškodzovali DNA baktérií. Teraz však vedecký tím našiel východisko v použití katalyzátora na báze zliatiny kobaltu a fosforu, ktorý nevytvára takéto zlúčeniny a bionické listy tak dokážu fungovať omnoho efektívnejšie.

Nový katalyzátor má okrem toho vysokú odolnosť a nevylúhuje sa do vodného roztoku. Okrem izopropanolu môže slúžiť aj na syntézu izobutanolu, isopentanolu a prekurzora na výrobu bioplastov PHB.

V takejto hybridnej zostave mikrobiálneho systému s bionickým listom bola dosiahnutá  účinnosť premeny slnečnej energie na biomasu na úrovni 10,2% a slnečnej energie na biopalivo 6,7%, čo sú hodnoty prekonávajúce účinnosť fotosyntézy rastlín.

Fotovoltické články majú síce účinnosť aj dvakrát vyššiu, ale umelá fotosyntéza prináša jednu nezanedbateľnú výhodu – energiu viazanú v biopalive môžeme jednoducho a dlhodobo skladovať.

Tieto vedecké objavy pripravili pôdu pre široký rozvoj novej koncepcie využitia solárnej energie a biomasy, ktorá nebude mať negatívne rysy súčasného využívania drevnej štiepky. Tu vďaka nekompetentnej politike a zhubným dotáciám padajú za obeť obrovské množstvá stromov a rozľahlé porasty lesov.

Solárne farmy s umelou fotosyntézou by sa mohli stať veľkým prínosom hlavne v ekonomicky menej rozvinutých krajinách. Okrem slnka budú potrebovať len vodu a oxid uhličitý, ktorý načerpajú z atmosféry a prispejú tak aj k lepšej kvalite ovzdušia.

Zdroj: Techbox, CNET, Juraj Procházka