Οι επιστήμονες βρήκαν μια πιο αποδοτική χρήση της ηλιακής ενέργειας

Οι επιστήμονες μιμήθηκαν αυτό που κάνουν όλοι οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί στη Γη για εκατομμύρια χρόνια. Ρουφάν το φως του Ήλιου και το μετατρέπουν σε ενέργεια.

Βρήκαν, τον τρόπο με μια παρέμβαση να κάνουν αυτή την πρωτόγονη διαδικασία τόσο αποδοτική που να μπορεί να ανταγωνιστεί τα ορυκτά καύσιμα, δηλαδή το κάρβουνο, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο.

Η διάσπαση του νερού για την παραγωγή πράσινης ενέργειας δεν είναι ούτε κάτι νέο, ούτε πρωτοποριακό, όμως οι περισσότερες μέθοδοι ως τώρα χρησιμοποιούσαν ακριβούς καταλύτες, και η διαδικασία δεν αποτελούσε ένα βιώσιμο οικονομικό μοντέλο. Ενώ και τα υλικά που απαιτούνταν ενείχαν περιβαλλοντικούς κινδύνους.

Κατά τη φωτοσύνθεση το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα, με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας, συνθέτουν γλυκόζη και απελευθερώνουν οξυγόνο. Χάρη σε αυτή τη διαδικασία γεννήθηκε η ζωή και κρατά τα φυτά, τα φύκη και κάποια βακτήρια ζωντανά για εκατομμύρια χρόνια. Και ουσιαστικά είναι και αυτή που οδήγησε στη δημιουργία των ορυκτών καυσίμων.

Όμως η φύση δεν την έκανε τόσο αποδοτική ώστε να εκμεταλλεύεται όλη την ενέργεια που στέλνει ο ήλιος στη Γη καθώς τα φυτά έχουν ανάγκη πολύ μικρό ποσοστό της.

Οι επιστήμονες εφηύραν μια τεχνητή φωτοσύνθεση που βελτιώνει τη φυσική μέθοδο των φυτών και το κλειδί είναι το ένζυμο υδρογενάση.

Η υδρογονάση είναι ένα ένζυμο που βρίσκεται στα φύκη και μειώνει τα πρωτόνια στο υδρογόνο.

Η εξέλιξη απενεργοποίησε αυτή τη διαδικασία γιατί δεν ήταν απαραίτητη για τη ζωή. Οι ερευνητές κατασκεύασαν ένα ηλεκτροχημικό κύτταρο, που να συλλέγει με βιοχημικές μεθόδους ηλιακό φως.

Το φωτοσύστημα II συλλέγει φως και παρέχει την απαιτούμενη τάση που χρειάζεται η υδρογενάση για να κάνει τη δουλειά της. Nα μειώσει τα ηλεκτρόνια υδρογόνου στο νερό, ώστε να διασπαστεί από το οξυγόνο και να το σκάσει σαν αέριο.

Η αρχή της μεθόδου φαίνεται απλή. Η πρόκληση όμως κρύβεται στη διασύνδεση τεχνητών ανόργανων συστημάτων με οργανικές διαδικασίες.

Οι ερευνητές συνεχίζουν την βελτίωση της μεθόδου ερευνώντας ποια είναι η σωστή ισορροπία μεταξύ φυσικών υλικών και ανθρώπινης παρέμβασης ώστε να γίνει οικονομική και ολοκληρωτικά πράσινη ηλιακή ενέργεια.

Με την ίδια λογική θα μπορούσαν να συνδυαστούν και άλλες αντιδράσεις και να δούμε πώς αντιδρά το σύστημα.

Η ενεργειακή τροφοδοσία με υδρογόνο είναι ένα ανοιχτό ενδεχόμενο για το μέλλον καθώς πρέπει να υπερνικήσουμε και άλλα προβλήματα όπως η αποθήκευση και η μεταφορά.

--

Πηγή:

1. Sokol, K. P., Robinson, W. E., Warnan, J., Kornienko, N., Nowaczyk, M. M., Ruff, A., ... & Reisner, E. (2018). Bias-free photoelectrochemical water splitting with photosystem II on a dye-sensitized photoanode wired to hydrogenase. Nature Energy, 1.