Keinotekoinen fotosynteesi lähestyy käytännön sovelluksia

Tutkijat esittivät American Chemical Societyn 241. kansallisessa kokouksessa mahdollisen merkkipaalun pyrkimyksissä kohti uusiutuvaa energiaa – ensimmäisen käytännöllisen keinotekoisen lehden (eli kasvinlehteä matkivan laitteen). Kokouksessa he kertoivat kehittyneestä pelikortin kokoisesta aurinkokennosta, joka jäljittelee fotosynteesin (tai yhteyttämisen) nimellä tunnettua prosessia, jota vihreät kasvit käyttävät muuntaakseen auringonvalon ja veden energiaksi.

”Käytännöllinen keinotekoinen lehti on vuosikymmenien ajan ollut yksi tieteen Graalin maljoista”, sanoi tohtori Daniel Nocera, joka johti tutkimusryhmää. ”Uskomme, että olemme tehneet sen. Keinotekoinen lehti on erityisen lupaava edullisena sähkönlähteenä köyhien kehitysmaiden kodeissa. Tavoitteenamme on tehdä jokaisesta kodista oma voimalaitoksensa”, hän sanoi. ”Voidaan hyvin kuvitella kylien Intiassa ja Afrikassa lähitulevaisuudessa ostavan edullisen perusvoimajärjestelmän, joka perustuu tähän teknologiaan.”

Laite ei muistuta luonnossa esiintyviä vastineitansa tammissa, vaahteroissa ja muissa viherkasveissa, joita tutkijat ovat käyttäneet malleina pyrkiessään kehittämään uuden sukupolven aurinkokennoja. Laite on suunnilleen pelikortin muotoinen, mutta ohuempi. Se koostuu piistä, elektroniikasta ja katalyyteistä, eli aineista, jotka kiihdyttävät kemiallisia reaktioita, jotka muuten eivät joko tapahtuisi ollenkaan tai tapahtuisivat hitaasti.

Laite sijoitetaan muutamaan litraan vettä kirkkaaseen auringonvaloon, jolloin laite voisi tuottaa tarpeeksi sähköä kehitysmaiden talon yhden päivän tarpeiksi, Nocera sanoi. Sähkön raaka-aineita se tekee jakamalla vettä sen perusosiin, eli vedyksi ja hapeksi. Tuotettu vety ja happi otettaisiin talteen polttokennoon, joka käyttää näitä kahta ainetta sähkön tuottamiseen. Laite sijoitettaisiin joko talon katolle tai ulkoseinälle.

Nocera, joka työskentelee Massachusetts Institute of Technologyssa, huomauttaa, että keinotekoinen lehti ei ole uusi käsite. Ensimmäisen keinotekoisen lehden kehitti yli kymmenen vuotta sitten John Turner, joka työskentelee Coloradon Boulderissa sijaitsevassa U.S. National Renewable Energy Laboratoryssa (Yhdysvaltain kansallinen uusiutuvan energian laboratorio). Turnerin laite yhteytti tehokkaasti, mutta se ei ollut käytännöllinen, sillä se koostui harvinaisista, kalliista metalleista ja oli lisäksi erittäin epävakaa – se ei tahtonut kestää edes yhtä päivää.

Noceran uusi lehti voittaa nämä ongelmat. Se on valmistettu edullisista materiaaleista, jotka ovat yleisesti saatavilla. Se toimii yksinkertaisissa olosuhteissa ja on erittäin vakaa. Laboratoriokokeissa keinotekoisen lehden prototyyppi saattoi toimia toimia yhtäjaksoisesti vähintään 45 tuntia tehon kärsimättä tippaakaan.

Tämän läpimurron tekivät mahdolliseksi Noceran äskettäin löytämät voimakkaat ja edulliset katalyytit, jotka on tehty nikkelistä ja koboltista, ja jotka pystyvät jakamaan vettä tehokkaasti vedyksi ja hapeksi yksinkertaisissa olosuhteissa. Tällä hetkellä Noceran lehti on noin 10 kertaa tehokkaampi yhteyttäjä kuin luonnolliset kasvien lehdet. Hän on kuitenkin toivekas, että voi parantaa keinotekoisten lehtien tehokkuutta vielä paljon suuremmaksi tulevaisuudessa.

”Luonto saa käyttövoimansa yhteyttämisestä ja uskon, että tulevaisuuden maailma saa myös käyttövoimansa yhteyttämisestä tämän keinotekoisen lehden muodossa”, Nocera sanoi.

Lähde: Debut of the first practical “artificial leaf” – American Chemical Societyn tiedote

%d bloggers like this: