Umelá fotosyntéza prekonáva rastliny

Fotosyntéza, ktorou rastliny vytvorili na Zemi atmosféru prijateľnú pre život, viaže oxid uhličitý z atmosféry a v spojení s vodou vznikajú jednoduché cukry a ďalšie organické zlúčeniny. Tie sa následne stávajú  materiálom pre tvorbu celulózy a celej tej biochémie, na ktorej stojí živá príroda.

„Odpadom“ fotosyntézy je kyslík, čím rastliny prispievajú k recyklácii splodín uhlíkového reťazca.

Vedci sa už dávno snažia fotosyntézu napodobniť, ale donedávna s mizerným výsledkom. Zmeniť to však môže výskum, ktorý na Hardvardskej univerzite vedie Prof. Daniel G. Nocera, uznávaný odborník na výrobu solárnych palív. Pomocou syntetickej fotosyntézy by mohli vznikať z CO₂ a H₂O priamo organické látky ako izopropylalkohol (C₃H₈O), ktoré sa dajú využiť ako palivo, alebo ako surovina v organickej chémii.

Teda, o celkom priamu premenu nejde. V prvej fáze umelá fotosyntéza dokáže pomocou katalyzátora extrahovať z vody vodík s účinnosťou až 10%. To je desaťnásobná účinnosť z hľadiska energetickej efektivity v porovnaní s prirodzenou fotosyntézou.

Bionické listy s katalyzátorom na báze niklu, molybdénu a zinku, ponorené do vody vyrábajú za pomoci slnečného žiarenia vodík. Ten sa stáva spolu s CO₂ potravou pre špeciálny druh baktérií (Ralstonia eutropha), ktoré vyrobia finálny produkt – izopropylalkohol.  Technológia získala v roku 2011 ocenenie časopisu Time Inovácia roka.

Proces fungoval výborne, mal však zásadný problém. Kyslíkové radikály poškodzovali DNA baktérií. Teraz však vedecký tím našiel východisko v použití katalyzátora na báze zliatiny kobaltu a fosforu, ktorý nevytvára takéto zlúčeniny a bionické listy tak dokážu fungovať omnoho efektívnejšie.

Nový katalyzátor má okrem toho vysokú odolnosť a nevylúhuje sa do vodného roztoku. Okrem izopropanolu môže slúžiť aj na syntézu izobutanolu, isopentanolu a prekurzora na výrobu bioplastov PHB.

V takejto hybridnej zostave mikrobiálneho systému s bionickým listom bola dosiahnutá  účinnosť premeny slnečnej energie na biomasu na úrovni 10,2% a slnečnej energie na biopalivo 6,7%, čo sú hodnoty prekonávajúce účinnosť fotosyntézy rastlín.

Fotovoltické články majú síce účinnosť aj dvakrát vyššiu, ale umelá fotosyntéza prináša jednu nezanedbateľnú výhodu – energiu viazanú v biopalive môžeme jednoducho a dlhodobo skladovať.

Tieto vedecké objavy pripravili pôdu pre široký rozvoj novej koncepcie využitia solárnej energie a biomasy, ktorá nebude mať negatívne rysy súčasného využívania drevnej štiepky. Tu vďaka nekompetentnej politike a zhubným dotáciám padajú za obeť obrovské množstvá stromov a rozľahlé porasty lesov.

Solárne farmy s umelou fotosyntézou by sa mohli stať veľkým prínosom hlavne v ekonomicky menej rozvinutých krajinách. Okrem slnka budú potrebovať len vodu a oxid uhličitý, ktorý načerpajú z atmosféry a prispejú tak aj k lepšej kvalite ovzdušia.