Ερευνητές από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley, σε συνεργασία με διάφορους ακαδημαϊκούς εταίρους, αποκάλυψαν σημαντικές εξελίξεις στην τεχνητή φωτοσύνθεση, καταδεικνύοντας την ικανότητα μετατροπής του CO₂ σε πολύτιμους υδρογονάνθρακες όπως το αιθάνιο και το αιθυλένιο.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Nature Catalysis , αναδεικνύει ένα νέο σύστημα που χρησιμοποιεί νανοδομημένα υλικά χαλκού και περοβσκίτη για να μιμηθεί τις ικανότητες δέσμευσης φωτός της χλωροφύλλης, της πράσινης χρωστικής που οδηγεί τη φωτοσύνθεση στα φυτά. Αυτή η καινοτόμος προσέγγιση όχι μόνο αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό άλμα προς τα εμπρός στην έρευνα για την ενέργεια, αλλά ευθυγραμμίζεται και με τους ευρύτερους στόχους βιωσιμότητας, χρησιμοποιώντας μόνο το ηλιακό φως, το CO₂ και το νερό.
Το νέο σύστημα ενσωματώνει υλικά περοβσκίτη, τα οποία είναι αναγνωρισμένα για την αποτελεσματικότητά τους σε φωτοβολταϊκές εφαρμογές, με μοναδικούς ηλεκτροκαταλύτες χαλκού «νανοανθών». Αυτός ο σχεδιασμός αντλεί έμπνευση από φυσικά ένζυμα που διευκολύνουν τη φωτοσύνθεση, ενισχύοντας έτσι τη λειτουργικότητα της συσκευής. Σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς μεταλλικούς καταλύτες, ο σχεδιασμός του χαλκού επιτρέπει τη σύνθεση πιο σύνθετων υδρογονανθράκων με δύο άτομα άνθρακα, απαραίτητων για την παραγωγή διαφόρων καυσίμων και χημικών ουσιών. Αυτή η σημαντική ανακάλυψη διευρύνει το τοπίο της παραγωγής καθαρής ενέργειας, ανοίγοντας τον δρόμο για τη δημιουργία φιλικών προς το περιβάλλον υλικών χωρίς πρόσθετες εκπομπές άνθρακα.
Αυτή η έρευνα αποτελεί κρίσιμο στοιχείο της Συμμαχίας Υγρού Ηλιακού Φωτός (LiSA) , μιας συλλογικής πρωτοβουλίας που ιδρύθηκε από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ. Η LiSA στοχεύει στην προώθηση των εξελίξεων στα ηλιακά καύσιμα μέσω διεπιστημονικής έρευνας, ενώνοντας πάνω από 100 επιστήμονες από διάφορα ιδρύματα, συμπεριλαμβανομένου του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια και του Εθνικού Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. Με έμφαση στην ενσωμάτωση θεωρητικών μοντέλων με πειραματικά δεδομένα σε πραγματικό χρόνο, η LiSA στοχεύει στην επιτάχυνση της προόδου των τεχνολογιών ηλιακών καυσίμων. Από την έναρξή της το 2020, η LiSA έχει επιτρέψει βελτιώσεις στην απόδοση των συσκευών και στην ανθεκτικότητα των υλικών, κάτι που είναι κρίσιμο για την επεκτασιμότητα τέτοιων καινοτόμων συστημάτων.
Ο Peidong Yang (δεξιά) και ο Jia-An Lin, ένας μεταπτυχιακός ερευνητής, χρησιμοποίησαν φωτοαπορροφητές αλογονούχου μολύβδου περοβσκίτη, οι οποίοι μιμούνται την χλωροφύλλη που απορροφά το φως ενός φύλλου, και ηλεκτροκαταλύτες από χαλκό που μοιάζουν με μικροσκοπικά λουλούδια. (Πίστωση: Marilyn Sargent/Berkeley Lab)
Ο Peidong Yang, ανώτερος επιστήμονας στο Εργαστήριο Berkeley και συν-συγγραφέας της μελέτης, τόνισε ότι ενώ οι προηγούμενες προσπάθειες στην τεχνητή φωτοσύνθεση βασίζονταν συχνά σε βιολογικά υλικά, η συμπερίληψη χαλκού ενισχύει την ανθεκτικότητα και τη σταθερότητα του συστήματος. Η ομάδα του Yang επικεντρώνεται τώρα στην αύξηση της αποτελεσματικότητας αυτής της τεχνολογίας τεχνητών φύλλων και στη διεύρυνση του μεγέθους της, κάτι που θα είναι καθοριστικό για την κλιμάκωση του συστήματος σε πρακτικές εφαρμογές.
Αυτή η έρευνα όχι μόνο φέρνει τους επιστήμονες πιο κοντά στην αναπαραγωγή της φυσικής παραγωγικότητας των φύλλων, αλλά ανοίγει και νέους δρόμους για την ανάπτυξη βιώσιμων μεθόδων χημικής παραγωγής. Τα ευρήματα δεν αντιπροσωπεύουν μόνο ένα βήμα προς την αποτελεσματική αξιοποίηση του άνθρακα, αλλά σηματοδοτούν και ένα πιθανό μέλλον όπου η παραγωγή ενέργειας και η περιβαλλοντική ευθύνη συμβαδίζουν, αντιμετωπίζοντας τις παγκόσμιες ενεργειακές ανάγκες, μετριάζοντας παράλληλα τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής.
