• Science articles

    Θέματα γενικού επιστημονικού ενδιαφέροντος...

    Από τον Einstein έως και το πρώτο λειτουργικό τεχνητό φύλλο με ικανότητα φωτοσύνθεσης...

    Επιστήμη_Science

Τεχνητά φύλλα φωτοσυνθέτουν μετατρέποντας νερό και διοξείδιο του άνθρακα σε ωφέλιμο καύσιμο


Αναζήτηση Θέματος


Δύο ξεχωριστές ερευνητικές ομάδες, από το MIT στο Cambridge και από το Πανεπιστήμιο του Ιλινόις της πόλης Champaign κατάφεραν με επιτυχία να βελτιώσουν μία τεχνική, εμπνευσμένη από τη φωτοσύνθεση των φύλλων, κατά την οποία το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό μετατρέπεται σε ωφέλιμο καύσιμο.

Λειτουργικό τεχνητό φύλλο
με ικανότητα φωτοσύνθεσης
Οι δύο μελέτες, οι οποίες δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Science, περιγράφουν δύο διαφορετικές προσεγγίσεις για την παραγωγή καυσίμου: στη μία, ένα τεχνητό φύλλο μπορεί να διασπάσει τα μόρια του νερού και να δημιουργήσει καύσιμο υδρογόνου, ενώ η άλλη ενέχει την ανακύκλωση διοξειδίου του άνθρακα.

Η πρώτη μελέτη, μία από κοινού προσπάθεια ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Illinois με επικεφαλής τους χημικούς Richard Masel και Paul Kenis, περιγράφει με λεπτομέρεια μία πιο αποτελεσματική μέθοδο μείωσης του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) σε μονοξείδιο του άνθρακα (CO), ένα από τα συστατικά των συνθετικών αέριων καυσίμων.

«Η προσέγγισή μας ονομάζεται τεχνητή φωτοσύνθεση. Συλλέγουμε ηλιακή ενέργεια, σαν αυτή που συλλέγουν τα φυτά για να ζήσουν, και κατόπιν τη χρησιμοποιούμε για να μετατρέψουμε το διοξείδιο του άνθρακα είτε σε βενζίνη είτε σε άλλα χρήσιμα προϊόντα», αναφέρει ένας από τους συγγραφείς της πρώτης μελέτης, ο Richard Masel.

«Ελπίζαμε να εξασφαλίσουμε γύρω στο 50% σε ενεργειακή απόδοση, αλλά παρατηρήσαμε ποσοστό πάνω από 80%. Το γεγονός αυτό καθιστά την ανακύκλωση του διοξειδίου εφικτή», πρόσθεσε ο ίδιος.

Επανάκτηση του άνθρακα εναντίον ανακύκλωσης

Η περισυλλογή και η αποθήκευση διοξειδίου του άνθρακα, που παράγεται από εκπομπές ορυκτών καυσίμων, αποτελεί ένα σημαντικό θέμα εξαιτίας της έντονης ανησυχίας γύρω από τις κλιματικές αλλαγές.

Κάποια παραδείγματα μεθόδων αποθήκευσης περιλαμβάνουν την απομόνωση του διοξειδίου του άνθρακα από τα μεταλλεύματα, ή τη διοχέτευση του αερίου σε κενούς γεωλογικούς σχηματισμούς, όπως οι περιοχές πετρελαίου και αερίου. Άλλος ένας τρόπος, όμως, είναι και η ανακύκλωση αυτού του αερίου.

«Άποψή μου είναι πως το να θάψουμε και να αφήσουμε το διοξείδιο εκεί για τις επόμενες γενιές, δεν αποτελεί λύση του προβλήματος. Αντιθέτως, θα πρέπει να βρούμε τρόπους να ανακυκλώσουμε το διοξείδιο σε κάτι χρήσιμο», υποστηρίζει ο Masel.

Προς αυτή την κατεύθυνση, λοιπόν, η ομάδα του επικεντρώθηκε σε μία τεχνική που επιτρέπει την ανακύκλωση του αερίου, τη διάσπασή του, δηλαδή, στα αρχικά συστατικά και τη μετατροπή του σε καύσιμο.

Βελτιωμένος καταλύτης διαφοροποιεί το παιχνίδι

Η ιδέα της χρήσης του ηλεκτρισμού για να μειωθεί το διοξείδιο του άνθρακα δεν είναι καινούργια, αλλά σε παλαιότερα πειράματα έπρεπε να χρησιμοποιηθούν υψηλές τάσεις ώστε να ξεπεραστεί η ενέργεια των χημικών δεσμών στο διοξείδιο του άνθρακα πριν να διασπαστεί σε οξυγόνο και μονοξείδιο του άνθρακα.

Για να το αποφύγουν, οι ερευνητές θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν έναν καταλύτη, μία ουσία που επιταχύνει τη χημική αντίδραση χωρίς η ίδια να επηρεάζεται. Αυτό θα οδηγούσε σε μία εναλλακτική αντίδραση, που χρειάζεται κατά πολύ λιγότερη ενέργεια και συνεπώς μικρότερη τάση, για να διασπαστεί το διοξείδιο σε ωφέλιμο καύσιμο.

Στη συγκεκριμένη μελέτη, οι ερευνητές ανακάλυψαν πως ένα συγκεκριμένο χημικό συστατικό, γνωστό ως «ΕΜΙΜ-ΒF4», ήταν ένας πολύ αποτελεσματικός καταλύτης για τη διάσπαση του διοξειδίου.

Εξαιρετικά εφικτή τεχνολογία

Ένα από τα θετικά αυτής της τεχνολογίας είναι ότι μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιαδήποτε εξωτερική πηγή ενέργειας, όπως τα αιολικά πάρκα ή οι ηλιακές κυψέλες.

Η προτεινόμενη συσκευή θα μπορούσε να πάρει ενέργεια, διοξείδιο του άνθρακα και νερό και να το μετατρέψει σε συνθετικό αέριο, το οποίο εν συνεχεία θα χρησιμοποιούνταν απευθείας σε βιομηχανικές διεργασίες ή θα στέλνονταν σε διυλιστήρια για την παραγωγή βενζίνης, εξηγούν οι ερευνητές.

«Πρόκειται για ένα εξαιρετικά ενδιαφέρον εύρημα. Η μείωση των ενεργειακών απαιτήσεων για την μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε μονοξείδιο είναι ζωτικής σημασίας εάν το διοξείδιο μετατρέπεται σε καύσιμα και άλλα προϊόντα με βάση τον άνθρακα», αναφέρει ο Leone Spiccia, χημικός στο Πανεπιστήμιο Monash της Μελβούρνης.

«Η προσέγγιση αυτή έρχεται να συμπληρώσει τις προσπάθειες που έχουν γίνει για τη διάσπαση του νερού σε καύσιμο οξυγόνο και υδρογόνο. Παρόλο που κι οι δύο προσεγγίσεις είναι εξαιρετικής σημασίας, το πλεονέκτημα της μετατροπής διοξειδίου σε καύσιμο είναι πως μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ήδη υπάρχουσες μηχανές και οι υποδομές διανομής».

Μία πράσινη εναλλακτική

1st practical artificial leaf:
Λειτουργικό τεχνητό φύλλο
Εν τω μεταξύ, μία από κοινού προσπάθεια Αμερικανών και Ολλανδών ερευνητών έδειξε πως είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί η ηλιακή ενέργεια για τη διάσπαση του νερού σε φθηνότερα υλικά, απ' ότι θεωρούσαν μέχρι πρότινος.

Η δεύτερη μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Science, εστιάστηκε σε μία συσκευή που μπορεί να διασπάσει το νερό σε αέριο οξυγόνο και υδρογόνο, εκμεταλλευόμενη απευθείας την ηλιακή ενέργεια. Θα λέγαμε πως είναι κάτι σαν «τεχνητό» φύλλο.

«Ρίχνεις το τεχνητό φύλλο σε ένα ποτήρι νερού και το βάζεις στον ήλιο. Αυτό μαζεύει φως και το μετατρέπει σε ηλιακό καύσιμο, διασπώντας το νερό σε οξυγόνο και υδρογόνο», αναφέρει χαρακτηριστικά ο Daniel Nocera, χημικός από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.

Παρομοίως, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν καταλύτες ώστε να επιτύχουν τη διάσπαση του νερού σε αέριο οξυγόνο και ιόντα υδρογόνου και στη συνέχεια τη μετατροπή των ιόντων υδρογόνου σε πιο χρήσιμο αέριο.

Η πρωτοτυπία της συσκευής είναι τα φθηνά υλικά και οι ουδέτερες συνθήκες για την κατασκευή της. Πριν από αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιούνταν εξαιρετικά ακριβά υλικά για την απορρόφηση του φωτός και πολύ όξινα ή βασικά μέσα.

«Το συναρπαστικό είναι ότι μπορείς να φτιάξεις μία λειτουργική συσκευή από υλικά που βρίσκονται σε αφθονία στη Γη και έτσι, κατά κάποιον τρόπο, αποφεύγεις τη διάβρωση αυτών των υλικών με τη χρήση», σχολιάζει η Rosalie Hocking, χημικός στο Πανεπιστήμιο Monash της Μελβούρνης, που επίσης μελετά την τεχνητή φωτοσύνθεση.

Περιγραφή λειτουργίας τεχνητού
φύλλου με ικανότητα φωτοσύνθεσης
Κι οι δύο μελέτες, για να πάνε ένα βήμα παρακάτω, θα πρέπει να εξελίξουν τα σχέδιά τους ώστε να είναι εφαρμόσιμα σε βιομηχανική κλίμακα.

Ο Masel εμφανίζεται αισιόδοξος σε ό,τι αφορά στη μείωση του διοξειδίου του άνθρακα και πιστεύει πως μέχρι το 2018 θα έχουν παρουσιαστεί αρκετές εφαρμογές ώστε να επιτευχθούν οι στόχοι του 2020 για τις εκπομπές αερίων.

Όπως διαφαίνεται, λοιπόν, δεν αποκλείεται και σύντομα, να έχουμε πλέον στην κατοχή μας, εκτός των άλλων, και κυβερνο-φυτά τα οποία τροφοδοτούνται από τεχνητά φύλλα!

Δείτε σχετικό προηγούμενο άρθρο:
Το πρώτο λειτουργικό τεχνητό φύλλο με ικανότητα φωτοσύνθεσης

Διαβάστε επίσης:
Artificial Leaf Moves Two Steps Closer to Reality

Πηγές: sciencemag.org , wired.com , news.pathfinder.gr , AgroGreco

σχόλια (0)
Next Next Next
Monitored by Pingdom
eXTReMe Tracker
 
Related Posts with Thumbnails