Dodano: 20 luty 2019r.

Sztuczne liście, które oczyszczają powietrze i produkują paliwo

Sztuczne liście, które oczyszczają powietrze pobierając z niego dwutlenek węgla i jednocześnie produkują przy tym paliwo? Nad takim rozwiązaniem pracują amerykańscy naukowcy. Uczeni twierdzą, że sztuczne liście według ich koncepcji mogą być nawet 10 razy bardziej wydajne w produkcji energii niż te naturalne. Dodatkowo pokonali oni barierę, która uniemożliwiała pracować podobnym urządzeniom poza laboratorium.

 

Naukowcy od dawna czerpią inspirację z natury. Tak też jest w przypadku sztucznych liści, które naśladują fotosyntezę - proces, w którym rośliny wykorzystują wodę i dwutlenek węgla z powietrza do produkcji węglowodanów przy użyciu energii słonecznej. Ale rozwiązanie opracowane na Uniwersytet Illinois w Chicago znacznie przewyższa poprzednie próby naśladowania natury, przede wszystkim dlatego, że może pracować poza laboratorium.

Dotychczas tego typu rozwiązania wymagały czystego, sprężonego dwutlenku węgla podawanego ze zbiorników. Dlatego trudno było wyjść z wynalazkiem poza mury laboratorium. Inżynierowie z Chicago pokonali tą przeszkodę. Zaproponowane przez nich rozwiązanie konstrukcyjne sprawia, że sztuczne liście nie muszą korzystać z CO2 podawanego pod dużym ciśnieniem, mogą go pobierać prosto z powietrza.

 

Opis rozwiązania ukazała się na łamach „ACS Sustainable Chemistry & Engineering”.

Ulepszone przez uczonych z Chicago sztuczne liście wykorzystują dwutlenek węgla - silny gaz cieplarniany – prosto z powietrza. Co więcej, badacze twierdzą, że są one co najmniej 10 razy bardziej wydajne niż naturalne liście przy przekształcaniu dwutlenku węgla w paliwo. Wynalazek poza produkcją paliwa, może przyczynić się również do redukcji CO2 z atmosfery.

- Do tej pory wszystkie projekty sztucznych liści, które zostały przetestowane w laboratorium, wykorzystywały dwutlenek węgla ze zbiorników ciśnieniowych. Jednak by skutecznie wdrażać je w świecie rzeczywistym, urządzenia te muszą być w stanie czerpać dwutlenek węgla z dużo bardziej rozcieńczonych źródeł, takich jak powietrze i spaliny, czyli gazy emitowane przez elektrownie węglowe - powiedział Meenesh Singh z Uniwersytetu Illinois w Chicago, jeden z autorów publikacji.

Brak źródeł sprężonego dwutlenku węgla oznacza, że ​​sztuczne liście muszą mieć inny sposób na pobieranie i koncentrację tego gazu z powietrza w celu wywołania reakcji fotosyntezy. Singh wraz ze współpracownikiem zaproponowali rozwiązanie tego problemu przez zamknięcie sztucznego liścia w przezroczystej kapsule wykonanej z półprzepuszczalnej membrany wypełnionej wodą. Po ogrzaniu wody promieniami Słońca, woda paruje i wydostaje się na zewnątrz. Gdy woda przedostaje się przez membranę, powstałe ciśnienie powoduje zassanie dwutlenku węgla z powietrza.

Wewnątrz membrany znajduje się sztuczny liść, który składa się z absorbera światła pokrytego katalizatorami, które przekształcają dwutlenek węgla w tlenek węgla. Ten ostatni może zostać odprowadzony i wykorzystany jako podstawa do tworzenia różnych paliw syntetycznych. W procesie powstaje również tlen, który również może być gromadzony lub uwalniany do otaczającego środowiska.

- Sztuczne liście w tej specjalistycznej błonie mogą funkcjonować na zewnątrz, jak naturalny liść - przyznał Singh. Jak obliczyli badacze, 360 liści, każdy o długości 1,7 metra i szerokości 0,2 metra, wytworzyłoby dziennie blisko pół tony tlenku węgla, który mógłby być wykorzystany jako podstawa dla paliw syntetycznych. 360 takich sztucznych liści pokryłoby obszar o powierzchni 500 metrów kwadratowych. W ten sposób można by zredukować poziom dwutlenku węgla w okolicy oddalonej do 100 metrów o 10 procent w ciągu jednego dnia.

- Nasz projekt koncepcyjny wykorzystuje łatwo dostępne materiały i technologię. Po połączeniu mogą wytworzyć sztuczny liść, który jest gotowy do użycia poza laboratorium, gdzie może odgrywać znaczącą rolę w redukcji gazów cieplarnianych w atmosferze - ocenił Singh

 

Źródło: University of Illinois at Chicago, fot. Meenesh Singh