Neuvěřitelný průlom: Palivo vyrobené fotosyntézou za pomoci umělého listu

Vyrobit palivo z CO₂ není nijak zvlášť náročné, zároveň je zde mnoho problémů. Technologie je ještě nevyzkoušená, složitá a hlavně energeticky náročná. Oxid uhličitý se musí zkapalnit, pomocí velkého množství energie předělat na palivo, a to ještě synteticky upravit tak, aby se dalo spalovat v motorech.

Nyní je tu naštěstí výzkum vědců z Univerzity v Cambridgi. Ti v recenzovaném časopise Nature Energy představili technologii, která všem výrobcům syntetických paliv zamotá hlavu. Vše, co jsme popsali výše, totiž dokáže udělat v jediném kroku. Výsledkem je potom propanol a etanol, tedy paliva čistá, dobře skladovatelná a především s vysokou energetickou hustotou. Na rozdíl od fosilních paliv produkují tato solární paliva čisté nulové emise uhlíku a jsou zcela obnovitelná.

Průlom díky katalyzátoru

Co za tím stojí? Jde o takzvaný „umělý list“, což je zařízení, které podobně jako klasický list v přírodě umí pomocí fotosyntézy přeměňovat látky. Pomocí nich Reisnerova výzkumná skupina se sídlem na katedře chemie Yusufa Hamieda už několik let vyvíjí udržitelná paliva s nulovým obsahem uhlíku, která jsou inspirovaná fotosyntézou – procesem, kterým rostliny přeměňují sluneční světlo na další prvky.

Normálně, když se pokusíte přeměnit CO₂ na jiný chemický produkt pomocí zařízení s umělým listem, téměř vždy získáte oxid uhelnatý nebo syngas, ale tady jsme byli schopni vyrobit praktické kapalné palivo pouze s využitím síly slunce.

Jak píše Daily Mail, díky vývoji katalyzátoru založeného na mědi a palladiu je umělý list schopen produkovat složitější chemikálie, konkrétně víceuhlíkové alkoholy jako ethanol a n-propanol. Tyto alkoholy mají vysokou energetickou hustotu a lze je snadno přepravovat a skladovat. Revoluční je na tom skutečnost, že tyto složité chemikálie dokáže vyrobit pouze za využití energie ze slunce, a to poprvé v historii. I když je zařízení momentálně ve fázi konceptuálního dokazování a dosahuje pouze mírné účinnosti, výzkumníci již pracují na optimalizaci absorbérů světla, aby lépe využívaly sluneční energii, a na zdokonalení katalyzátoru pro zvýšení výroby paliva. Další kroky zahrnují škálovatelnost zařízení, aby bylo možné produkovat palivo ve velkém měřítku.

„Svítit sluncem na umělé listy a získávat kapalné palivo z oxidu uhličitého a vody je úžasný výsledek chemie,“ řekl Daily Mail Dr. Motiar Rahaman, hlavní autor článku. „Normálně, když se pokusíte přeměnit CO₂ na jiný chemický produkt pomocí zařízení s umělým listem, téměř vždy získáte oxid uhelnatý nebo syngas, ale tady jsme byli schopni vyrobit praktické kapalné palivo pouze s využitím síly slunce.“

I přesto, že je stále nutné provést další výzkum a optimalizaci, vědci předvedli, že umělé listy mají úžasný potenciál. Tato technologie otevírá nové cesty v oblasti přechodu od fosilních paliv a dokazuje, že můžeme překročit hranice jednoduchých molekul a přímo vyrábět velmi užitečné věci.

Na rozdíl od fosilních paliv produkují solární paliva čisté nulové emise uhlíku a jsou zcela obnovitelná.

Není to jen fotosyntéza

Víra v syntetická paliva tu byla, je a asi i bude. Těch cest tu bylo už spoust. Pojďme si některé připomenout.

Fotokatalytická konverze CO₂: Vědci zkoumají různé fotokatalytické materiály a reakční mechanismy, které by umožnily přeměnu CO2 na paliva za využití slunečního záření jako zdroje energie. Mezi ně patří právě výše zmíněný výzkum.
Elektrokatalytická konverze CO₂: Elektrokatalýza se používá k přímému přeměňování CO₂ na užitečné chemikálie a paliva pomocí elektřiny. Zde se využívají speciální elektrodové materiály a katalyzátory.
Biologické metody: Některé mikroorganismy a enzymy jsou schopny přeměnit CO2 na organické sloučeniny a paliva. Vědci zkoumají možnosti genetického inženýrství těchto organismů, aby bylo dosaženo efektivnějšího a ekonomicky životaschopného procesu.
Elektrochemické metody: Využívají se elektrochemické reaktory a různé elektrodové materiály k přeměně CO₂na paliva. Tato technologie je perspektivní zejména ve spojení s obnovitelnými zdroji energie.
Kombinace různých metod: Některé projekty se zaměřují na kombinaci různých technologií a přístupů, jako je fotokatalýza a elektrokatalýza, nebo kombinace biologických a chemických procesů.

U těchto procesů se jako zdroj k výrobě paliva využívá CO₂, ale také například biomasa, syntetický plyn (syngas) nebo bioplyn.