Sztuczna fotosynteza, czyli jak zamienić światło słoneczne w paliwo
W poszukiwaniu nowych sposobów wykorzystania energii słonecznej nauka poszła o kolejny krok do przodu. Na Uniwersytecie w Cambridge udoskonalono sposób dzielenia wody na wodór i tlen, wykorzystując enzymy produkowane przez algi i włączając w to najnowszą technologię chemiczną, naśladującą fotosyntezę.
Fotosynteza to proces odżywiania się roślin, polegający na zamianie takich substancji nieorganicznych jak woda i dwutlenek węgla w cukry, które stanowią pożywienie roślin. Zasadniczą rolę w tym procesie odgrywa światło słoneczne (lub inne źródło światła), które przetwarzane jest na energię. To jeden z najważniejszych procesów zachodzących na Ziemi, ponieważ jego produktem dodatkowym jest tlen – właśnie stąd pochodzi większość tlenu, znajdującego się w naszej atmosferze.
Nauka potrafi sztucznie naśladować ten proces. Tę możliwość wykorzystali akademicy z Uniwersytetu w Cambridge, którzy wypracowali nowy sposób produkcji i magazynowania energii słonecznej przy pomocy w połowie sztucznej a w połowie naturalnej fotosyntezy. Użyli naturalnego światła słonecznego by przetworzyć wodę w wodór i tlen stosując do tego zarówno komponenty biologiczne, jak i opracowaną technologię. Pochodzący z tego działania wodór może być skutecznym źródłem energii. Jak się okazuje, o wiele skuteczniejszym niż procesy, odbywające się w naturze, które naukowcy naśladują.
– Naturalna fotosynteza nie jest bardzo wydajna – wyjaśnia Katarzyna Sokół, doktorantka w St. John's College i pierwsza autorka publikacji w "Nature Energy" – ponieważ wyewoluowała przede wszystkim po to, by rośliny mogły przetrwać i się wyżywić. Powstaje więc w niej dokładnie tyle energii, ile jest potrzebne do przeprowadzenia wszystkich procesów. Jest to co najwyżej 1-2 procent tego, co potencjalnie mogłoby powstać w takim procesie.
Sztuczna fotosynteza była w zasięgu nauki od kilkudziesięciu lat, ale katalizy, które były jej podstawą, sprawiały że był to proces drogi i toksyczny. Dlatego jej zastosowanie na skalę przemysłową było niemożliwe i nieopłacalne. Przedsięwzięcie badaczy z Cambridge pozwoliło rozwiązać te niedogodność, ponieważ nie opiera się wyłącznie na sztucznie wywołanych procesach, ale posługuje się występującymi w naturze enzymem - hydrogenazą, która jest odpowiedzialna za produkcję wodoru u alg.
Opracowana technologia jest kolejnym, ważnym krokiem w badania prowadzonych już od lat. Działanie hydrogenazy u alg odkryto w 1997 roku na Uniwersytecie w Berkeley, gdzie ustalono też, że zmniejszenie ilości siarki w środowisku powoduje, że algi z produkcji tlenu przestawiają się na produkcję wodoru. Później przez lata opracowano kolejne technologie, między innymi genetyczną modyfikację alg w taki sposób, żeby zwiększyć ich wydajność w produkcji wodoru. Ogłoszone właśnie odkrycie jest więc przede wszystkim ulepszeniem już działającej biotechnologii.
Badania zostały opisane w czasopiśmie "Nature Energy".
Opracowano na podstawie artykułu Scientists pioneer a new way to turn sunlight into fuel opublikowanego na portalu Cambridge University.
