Alternatívne zdroje energie predstavujú prioritu súčasného vedeckého výskumu. Vedecké tímy po celom svete hľadajú efektívny spôsob získavania obnoviteľnej energie. Umelé listy môžu byť jedným z nich.
Pozorovanie prírody a jej napodobňovanie už neraz prinieslo človeku potrebné odpovede na jeho otázky a tie najvhodnejšie riešenia jeho problémov. Zdá sa, že to platí aj v prípade výskumu a vývoja umelých listov, ako zdroja energie.
Súčasťou fotosyntézy, ktorá v listoch rastlín prebieha je zachytávanie slnečnej energie a premena oxidu uhličitého na karbohydráty (sacharidy), ktoré dodávajú bunkám rastlín dostatok energie pre ich normálne fungovanie. Vedci sa už desaťročia snažia tento proces napodobniť a vyvinúť zariadenie, schopné generovať energiu či palivo, ktoré by bolo možné uskladniť na neskôr. Umelé listy by sa mohli stať takýmto zariadením a vyriešiť tak jeden z kľúčových nedostatkov solárnej či veternej energie. Mohli by predstavovať zakonzervovanú energiu v čase, keď utíchne vietor a slnko zájde za horizont.
Alternatívne zdroje energie a paliva predstavujú vo výskume naozaj veľkú tému a pre pokusy o napodobnenie fotosyntetických procesov v umelých podmienkach to platí dvojnásobne. Ide tu najmä o jednoduchý spôsob získavania vodíka a kyslíka, ktoré vznikajú pri rozklade molekúl vody pod vplyvom slnečného žiarenia a z pohľadu trvalo udržateľných technológií predstavujú veľmi cenné chemické prvky. Takto získaný vodík by mohol byť vhodným nástrojom transformácie oxidu uhličitého z ovzdušia na uhľovodík. Podobne ako v naozajstnom liste by aj v jeho umelom dvojníkovi mohla prebiehať takáto jednoduchá premena oxidu uhličitého, vody a slnečnej energie na palivo. Znamenalo by to revolúciu nielen v oblasti vývoja alternatívnych zdrojov energie a palív, ale aj pokrok v oblasti redukcie skleníkových plynov uvoľňovaných do atmosféry.
Dôkaz o tom, že je to možné priniesol vedecký tím z Harwardu, na čele s profesorom Danielom G. Nocerom a profesorkou Pamelou A. Silver. Predstavili umelý systém, v ktorom prebieha premena vody a oxidu uhličitého na tekuté palivo (presnejšie alkohol) a je dokonca efektívnejšia, než premena oxidu uhličitého na karbohydráty v normálnych, prírodných listoch. Zatiaľ čo rastlina využíva len 1 % energie, prijatej zo slnka na to, aby dokázala vytvoriť glukózu, umelý list jej dokáže využiť až 10 krát viac na premenu oxidu uhličitého na tekuté palivo. Súčasne predstavuje tento proces premenu 180 g oxidu uhličitého na kilowatt hodinu elektrickej energie, ktorú pri ňom možno vygenerovať.
Zariadenie, umelý list, predstavuje prepojenie anorganickej solárnej technológie na štiepenie vody (navrhnutej len z biokompatibilných materiálov) a mikróbov, ktoré sa podieľajú na výrobe tekutého paliva do jedného systému. Špeciálne upravené mikróby sú schopné generovať rôzne druhy paliva a iných chemických látok aj pri nízkej koncentrácii oxidu uhličitého. Ešte stále je však potrebné nájsť spôsob ako zvýšiť množstvo tekutého paliva, ktorý tento systém dokáže vyprodukovať.
Aj keď si výskum a vývoj umelých listov vyžaduje ešte mnoho zlepšení, jeho ambície sú veľké. Podľa Noceru bude možné využiť túto technológiu aj inak, než len na produkciu vodíka a paliva trvalo udržateľným spôsobom. Do systému možno totiž vložiť aj inak upravené baktérie, ktoré dokážu produkovať umelé hnojivo na báze dusíka a uvoľňovať ho priamo do pôdy. Takéto hnojivo by dokázalo zvýšiť úrodnosť pôdy v oblastiach, kde nemožno použiť konvenčné hnojivá. Baktéria využíva vodík a oxid uhličitý na výrobu bioplastu, ktorý slúži ako náhrada paliva. Keď mikrób vygeneruje dostatok tohto bioplastu, nepotrebuje viac slnečnú energiu a uskladňuje bioplast v pôde. Následne získava zo vzduchu dusík a v súčinnosti s vodíkom premieňa bioplast na hnojivo. Reďkovky, dopestované v pôde s týmto hnojivom boli omnoho väčšie, než reďkovky pestované v pôde bez neho.
Výskum umelých listov a ich využite, podobne ako výskum umelej fotosyntézy teda napreduje, ešte stále však stojí pred mnohými výzvami. To však neznamená, že by tieto alternatívy nemohli raz spôsobiť skutočný prevrat vo svete trvalo udržateľných technológií.
Zdroj:
www.scientificamerican.com
www.en.wikipedia.org
Titulné foto:
Pixabay by Couleur
