Vědci vyrábí čistá kapalná paliva ze sluneční energie

Vědci vyvinuli technologii poháněnou sluneční energií, která přeměňuje oxid uhličitý a vodu na kapalná paliva, jež lze přidávat přímo do motoru automobilu, jak uvádí univerzita v Cambridge na svém webu.

Výzkumníci využili sílu fotosyntézy k přeměně CO2, vody a slunečního světla na víceuhlíkatá paliva – etanol a propanol – v jediném kroku. Tato paliva mají vysokou energetickou hustotu a lze je snadno skladovat nebo přepravovat. Na rozdíl od fosilních paliv produkují tato solární paliva nulové čisté emise uhlíku, jsou zcela obnovitelná a na rozdíl od většiny bioetanolu nezabírají zemědělskou půdu pro produkci potravin.

I když je tato technologie zatím v laboratorním měřítku, vědci tvrdí, že jejich „umělé listy“ jsou důležitým krokem v přechodu od ekonomiky založené na fosilních palivech. Výsledky byly zveřejněny v časopise Nature Energy.

Bioetanol je označován za čistší alternativu k benzinu, protože se vyrábí z rostlin namísto fosilních paliv. Většina osobních a nákladních automobilů na silnicích dnes jezdí na benzín s obsahem až 10 % etanolu (palivo E10). Spojené státy jsou největším světovým producentem bioetanolu – podle údajů amerického ministerstva zemědělství se téměř 45 % veškeré kukuřice vypěstované v USA používá k výrobě etanolu.

„Biopaliva, jako je etanol, jsou kontroverzní technologií, a to i proto, že zabírají zemědělskou půdu, která by mohla být využita k pěstování potravin,“ řekl profesor Erwin Reisner, který výzkum vedl.

Reisnerova výzkumná skupina, která působí na katedře chemie Yusufa Hamieda, již několik let vyvíjí udržitelná paliva s nulovým obsahem uhlíku inspirovaná fotosyntézou – procesem, při němž rostliny přeměňují sluneční světlo na potravu – pomocí umělých listů.

Dosud byly tyto umělé listy schopny vyrábět pouze jednoduché chemické látky, jako je syngas, směs vodíku a oxidu uhelnatého, která se používá k výrobě paliv, léčiv, plastů a hnojiv. Aby však byla tato technologie praktičtější, musela by být schopna vyrábět složitější chemické látky přímo v jediném kroku poháněném sluneční energií.

Nyní umělý list dokáže přímo vyrábět čistý etanol a propanol bez nutnosti mezikroku výroby synplynu. Výzkumníci vyvinuli katalyzátor na bázi mědi a palladia. Katalyzátor byl optimalizován tak, aby umělý list mohl vyrábět složitější chemické látky, konkrétně víceuhlíkaté alkoholy ethanol a n-propanol. Oba alkoholy jsou paliva s vysokou energetickou hustotou, která lze snadno přepravovat a skladovat.

Jiní vědci dokázali podobné chemikálie vyrábět pomocí elektrické energie, ale je to poprvé, kdy byly takto složité chemikálie vyrobeny pomocí umělého listu pouze s využitím energie ze Slunce.

„Svícení slunečním světlem na umělé listy a získávání kapalného paliva z oxidu uhličitého a vody je úžasný kousek chemie,“ řekl doktor Motiar Rahaman, první autor studie.

„Obvykle, když se snažíte přeměnit CO2 na jiný chemický produkt pomocí zařízení s umělými listy, téměř vždy získáte oxid uhelnatý nebo synplyn, ale zde se nám podařilo vyrobit praktické kapalné palivo pouze pomocí energie Slunce. Je to vzrušující pokrok, který nám otevírá zcela nové možnosti v naší práci.“

V současné době se jedná o ověření konceptu a zařízení vykazuje pouze skromnou účinnost. Výzkumníci pracují na optimalizaci absorbérů světla, aby mohly lépe absorbovat sluneční světlo, a na optimalizaci katalyzátoru, aby mohl přeměnit více slunečního světla na palivo. Další práce bude také nutná k tomu, aby zařízení bylo škálovatelné a mohlo vyrábět velké objemy paliva.

„Přestože nás čeká ještě spousta práce, ukázali jsme, čeho jsou tyto umělé listy schopny,“ řekl Reisner. „Je důležité ukázat, že můžeme jít dál než k nejjednodušším molekulám a vyrábět věci, které jsou přímo užitečné při přechodu od fosilních paliv.“

Zdroj: cam.ac.uk, redakce