Realizace fotosyntézy v laboratoři

Americkým chemikům se jako prvním podařilo v laboratorních podmínkách napodobit energeticky efektivní proces fotosyntézy - tvrdí tisková zpráva univerzity. Objev - v případě, že deklarované výsledky budou odpovídat reálným faktům - může způsobit revoluci ve využití sluneční energie, navíc v budoucnosti umožní kompenzovat neobnovitelné zdroje. Daniel Nocera a Matthew Kanan z Massachusettského technologického institutu (Massachusetts Institute of Technology) objevili "jednoduchý a levný" způsob dělení vody na kyslík a vodík. Tato reakce je zároveň napájena ze slunečních baterií.

Právě tímto způsobem probíhá fotosyntéza v přírodě, kdy rostlinné buňky hromadí sluneční energii ve formě uhlohydrátů (a především ve formě glukózy). Ale to je až finální produkt, proces začíná transformací vody a kysličníku uhličitého na kyslík a "volné" protony/elektrony pomocí chlorofylu. Tyto komplexy jsou fotosyntézy a rostliny mají k dispozici dvě. Když se foton srazí s molekulou fotosystému, probíhají dvě chemické reakce: molekula chlorofylu ztrácí dva elektrony a molekula vody (dodávaná kořenovým systémem) se štěpí.

Nehledě na to, že fotosyntéza je detailně probádána a popsána, realizovat ji v praxi není tak jednoduché. Jeden z hlavních problémů je absence katalyzátoru, který je podmínkou pro efektivní elektrolýzu vody. Připomeňme, že vodu je i v současné době možné rozdělit na součásti, ale energeticky to není efektivní. Jinými slovy, není to výhodné.

Chemici pro zvýšení efektivnosti přidávají katalyzátory, aby reakce začínala při daleko nižším napětí. Z existujících prvků na se tuto roli doposud hodilo pouze ruthenium a platina - velmi drahé materiály. A navíc, reakce v takovém případě potřebovala určité tepelné podmínky a určitý tlak. Nosera a Kanan našli vlastní způsob, jak reakci urychlit.

Elektrody z oxidů india a olova umístili do roztoku, který obsahuje ionty kobaltu a fosfátu draselného. Přivádějí k němu proud ze sluneční baterie - tím vytvořili katalyzátor. Ten na oplátku přispívá k rozdělení vody na základní prvky - na O₂ a volné ionty vodíku. Tyto ionty se usazují na druhé elektrodě (pokryté platinou), kde se tvoří plyn H₂. Takže, volný vodík a kyslík mohou být přiváděny k nějakému "palivovému elementu", kde se z nich vyrábí elektřina.

Všimněte si, že všechno probíhá při atmosferickém tlaku a při pokojové teplotě. V krajní míře, to tvrdí autoři experimentu. Katalyzátor během chemické reakce ztrácí své vlastnosti, ale pak sám sebe regeneruje. To znamená, že proces je cyklický, tak jako v přírodě.

"Náš výzkum dokazuje, že je možné vytvořit relativně levný katalyzátor a pomocí něho získávat fotosyntetickou energii v domácích podmínkách" - tvrdí dr. Nosera. Podle jeho názoru, využití drahé platiny na druhé elektrodě se v budoucnosti podaří vyhnout díky vytvoření jakési membránové struktury kolem fotoelementu. Tím se už vědci mimochodem zabývají v rámci projektu Powering the Planet.

James Barber z Říšské akademie v Londýně (Imperial College London) si myslí, že tato práce je "velký průlom ve využití energie Slunce". K tomu ještě dodává, že umožní vybudovat dostupnou výrobu vodíku.

Zprávu o výzkumu publikuje časopis Science, ale podrobné podmínky průběhu reakce autoři zatím neuvádějí.

Zdroj: www.nature.com