Umelá fotosyntéza sa môže stať obrovským zdrojom energie

Vedci už desaťročia hľadajú spôsob, ako získať „neobmedzenú energiu“. Konšpirátori tvrdia, že Nikola Tesla a objavitelia takzvanej „studenej fúzie“ už na to dávno prišli, ale ropní a uhoľní „baróni“ objavy zablokovali. Ale poďme späť do reality. Skutočná jadrová fúzia je stále roky, možno aj desaťročia od komerčného nasadenia, a exotické zdroje sú tiež akosi mimo nášho dosahu. Takže je potrebné hľadať ďalej. Možnou, aj keď trochu kontroverznou cestou na získanie energie, presnejšie povedané energetických palív, je umelá fotosyntéza.

Jej nový variant vyvinutý japonskými vedcami produkuje metán (CH₄). Na jeho výrobu potrebuje iba vodu, oxid uhličitý a slnečné svetlo. Metán je zložkou zemného plynu a dá sa využiť ako palivo v rovnakých aplikáciách. Mimochodom SpaceX využíva tekutý metán spolu s tekutým kyslíkom aj na pohon novej rakety a kozmickej lode Super Heavy – Starship.

Výskumníci popisujú nový objav v časopise ACS Engineering v článku s komplikovaným názvom „Výroba metánu fotokatalytickým štiepením vody poháňaným slnečným žiarením a metanizáciou oxidu uhličitého prostredníctvom umelej fotosyntézy“. Rastliny sa pri výrobe zložitých cukrov a ďalších zlúčenín spoliehajú na fotosyntézu a vedci dúfajú, že to zopakujú pri hľadaní zdroja „neobmedzenej“ energie.

Kazunari Domen viedol tím inžinierov, ktorý dokázal posunúť veci o krok ďalej. Vyvinuli systém, ktorý rozkladá vodu na vodík a plynný kyslík pomocou slnečného žiarenia.

Prečo sa neuspokojili so získavaním vodíka, nie je jasné. Vedci však dúfali, že vyvinú proces tak, aby lepšie napodobňoval fotosyntézu. Vytvorili postup, ktorý absorbuje oxid uhličitý a ukladá solárnu energiu v metáne, čo v podstate funguje ako umelá fotosyntéza.

Zariadenie na umelú fotosyntézu možno rozdeliť do troch častí – solárne reaktory na štiepenie vody, filtračné zariadenie na obohacovanie H₂ a metanačný reaktor. Základné procesy sa dajú popísať ako chemické reakcie:

2H₂O→2H₂+O₂ (fotokatalytická reakcia)

a

4H₂+CO₂→CH₄+2H₂O (tepelná katalytická reakcia)

Tepelná katalytická metanačná reakcia produkuje vodu, ktorá sa môže recyklovať do predchádzajúcej fotokatalytickej reakcie. Ide však o exotermickú reakciu, takže na jej aktiváciu je potrebné zahrievanie reaktorov.

Použitý hardvér je veľmi podobný solárnym panelom. Namiesto toho, aby jednoducho vyrábal a do batérií ukladal elektrinu vyrobenú zo Slnka, však používa podobný systém fotosyntézy ako rastliny, aby produkoval ešte viac skladovateľnej energie. Práve skladovateľnosť by mohla byť jedna z výhod metánu.

Ak by sa tento nový proces zväčšil, mohol by umožniť umelej fotosyntéze nahradiť solárne panely ako primárny zdroj neobmedzenej a čistej energie, ktorú sa mnohí snažia nájsť už desaťročia. Výzvou však bude vytvoriť systém dostatočne výkonný, aby sa dal uplatniť v reálnych podmienkach. Vedci v článku ponúkajú možné riešenia týchto prekážok.

Otázna je ale zmysluplnosť takejto výroby energie. Proces na jednej strane spotrebováva voľný oxid uhličitý, ale produkuje metán, ktorý je niekoľkonásobne účinnejší skleníkový plyn ako CO₂ (ak by unikol do atmosféry). Pri jeho spaľovaní vzniká opäť CO₂ a aj keď sa dá celý proces považovať za uhlíkovo neutrálny, jeho efektivita môže byť problematická.