Dincolo de stadiul de experiment de laborator, această nouă metodă de Tehnologie ecologică ce replică procesul natural al plantelor, folosind lumina solară, apa și dioxidul de carbon (CO2) pentru a produce combustibili stocabili sau compuși bogați în energie. propune o soluție aplicabilă la scară largă pentru obținerea de combustibil solar, ocolind una dintre cele mai mari probleme ale energiei verzi: costul și poluarea generate de stocarea în baterii. Cercetătorii de la Universitatea Metropolitană din Osaka au creat un nou sistem de fotosinteză artificială capabil să genereze combustibil solar într-un mod constant, eliminând necesitatea echipamentelor complexe de control bazate pe baterii. Progresul tehnologic se bazează pe integrarea unei componente chimice cu capacitate de autoreglare direct în arhitectura electrolizorului.
Similar procesului de fotosinteză naturală observat la plante, fotosinteza artificială utilizează lumina solară pentru a converti apa și dioxidul de carbon în compuși bogați în energie. Un astfel de produs rezultat este acidul formic, o substanță chimică versatilă care poate servi drept combustibil și ca o metodă eficientă de stocare a energiei. Practic, miza acestei tehnologii este uriașă pentru consumatorul final: producerea de Cel mai simplu acid carboxilic, o substanță chimică lichidă netoxică și stabilă, utilizată ca vector eficient de stocare a hidrogenului sau direct ca și combustibil ecologic. ar putea permite pe viitor alimentarea locuințelor cu o sursă de energie complet verde, constantă și independentă de materiile prime rare necesare bateriilor litiu-ion.
Ce este fotosinteza artificială și cum obținem combustibil solar?
Piesa centrală a acestor sisteme este Dispozitiv electrochimic care utilizează energia electrică (în acest caz, de la celulele fotovoltaice) pentru a declanșa o reacție chimică, transformând energia electrică în energie chimică stocabilă. dispozitivul responsabil pentru transformarea energiei electrice provenite de la celulele solare în energie chimică. Această energie este ulterior stocată sub forma unor combustibili, cum ar fi acidul formic.
O provocare tehnică majoră a acestui proces o reprezintă menținerea unei funcționări eficiente în condițiile în care intensitatea luminii solare variază pe parcursul zilei. Pentru a rezolva această problemă, majoritatea sistemelor actuale de fotosinteză artificială folosesc tehnologia Tehnologie electronică folosită în sistemele solare pentru a monitoriza și ajusta constant tensiunea și intensitatea curentului, asigurându-se că celulele solare livrează puterea maximă posibilă în funcție de fluctuațiile luminii. o metodă care ajustează în mod continuu tensiunea și curentul pentru a se asigura că celulele solare furnizează randamentul maxim de putere posibil.
Cu toate acestea, configurațiile convenționale de tip MPPT depind, în mod obișnuit, de baterii și de componente electronice adiționale pentru a uniformiza fluxul de energie. Deși sunt eficiente din punct de vedere operațional, aceste elemente suplimentare cresc semnificativ atât costurile, cât și complexitatea generală a sistemului.
Un electrolizor cu autoreglare care elimină necesitatea bateriilor
Pentru a depăși aceste limitări, o echipă de cercetători condusă de profesorul asociat Yasuo Matsubara și profesorul Yutaka Amao, din cadrul Centrului de Cercetare pentru Fotosinteză Artificială al Universității Metropolitane din Osaka, a colaborat cu o companie privată denumită Iida Group Holdings Co. pentru a reproiecta însuși electrolizorul.
Abordarea lor inovatoare utilizează un Material în stare solidă (spre deosebire de soluțiile lichide convenționale) care permite trecerea ionilor între electrozi, oferind o stabilitate chimică mult mai mare și eliminând riscul de scurgeri. cu un design special, integrat direct în dispozitiv. Ca rezultat al acestei modificări, electrolizorul poate îndeplini automat funcția MPPT în mod independent, eliminând complet necesitatea sistemelor de control care se bazează pe baterii.
În loc să depindă de componente electronice externe, convertoare sau baterii, noul electrolizor își ajustează caracteristicile electrice exclusiv prin intermediul propriilor proprietăți termice și de Rezistența totală pe care un circuit sau un material o opune trecerii curentului electric. În cazul acestui dispozitiv, ea se modifică automat în funcție de temperatură pentru a autoregla sistemul.
„Pe măsură ce lumina soarelui crește, electrolizorul se încălzește în mod natural. Sistemul este proiectat astfel încât această încălzire să determine scăderea rezistenței electrice, permițând curentului electric să circule mai liber. Acest lucru face ca sistemul să-și ajusteze automat comportamentul electric.”, a explicat profesorul Amao, citat de publicaţia Science Daily.
„Acest comportament de autoreglare ajută la menținerea unei producții de combustibil mai stabile pe parcursul zilei și automatizează sistemul, reducând în același timp dependența de baterii și de componente externe costisitoare”, a adăugat el.
Producție stabilă de acid formic în condiții reale de iluminare
Atunci când cercetătorii au testat tehnologia în condiții reale, în aer liber, sistemul a produs în mod constant acid formic din apă și CO2, demonstrând o funcționare stabilă chiar și atunci când nivelurile de lumină solară au înregistrat fluctuații.
„Eram încrezători că va avea succes, deoarece prezentasem anterior această cercetare la expoziția «Joint Pavilion Iida Group × Osaka Metropolitan University» ca parte a Osaka Kansai Expo 2025. A generat cu succes suficient acid formic pentru a alimenta un dioramă în miniatură din pavilion, demonstrând potențialul său ca sistem eficient de fotosinteză artificială care ar putea fi utilizat pentru a alimenta aplicații în casele noastre.”, a spus profesorul Matsubara.
Eliminarea bateriilor din acest circuit marchează un pas decisiv către un viitor energetic descentralizat, în care producerea de energie curată ar putea deveni la fel de naturală și eficientă precum procesele biologice din plante.
Rezultatele complete ale acestui studiu au fost publicate în jurnalul științific EES Solar.
Ce s-a mai descoperit în Știință?
Tumorile își produc propriul antioxidant ca scut împotriva celulelor imunitare, arată un nou studiu
Test de cultură generală: cine a fost cel mai deștept om din istorie?
Metanul străvechi este eliberat de sub ghețarii arctici pe măsură ce baza acestora se dezgheață
Un foton care nu ar fi trebuit să ajungă pe Pământ: o explicație îndrăzneață pune sub semnul întrebării relativitatea lui Einstein
