С новыми материалами осуществляется искусственный фотосинтез.
Новый метод был бы очень важен для получения энергии.
Возможно, вы слышали о процессе, с помощью которого растения и некоторые другие организмы превращают солнечный свет в химическую энергию. Благодаря фотосинтезу, процессу, при котором растения или водоросли выделяют кислород (O 2) и потребляют углекислый газ (CO 2), жизнь на Земле продолжает существовать. Но что, если бы мы могли искусственно воспроизвести такой естественный способ получения энергии?
Группа исследователей из Института химии (IQ) Государственного университета Кампинаса (Unicamp) разработала материалы в нанометрическом масштабе (миллиардная часть метра), чтобы попытаться осуществить фотосинтез искусственно с основной целью получения энергии.
«Основываясь на существующих знаниях о естественной системе фотосинтеза, осуществляемой растениями, мы пытаемся воспроизвести основные моменты фотосинтетической функции в искусственных материалах, электричестве или даже топливе из солнечной энергии», - сказал Джексон Дирсеу Мегиатто Джуниор, профессор из IQ Unicamp, агентству FAPESP.
Идея искусственного фотосинтеза зародилась в начале 20 века, но это считалось возможным только несколько лет назад, благодаря некоторым научным достижениям, которые позволили в лаборатории использовать солнечную энергию и воду для получения водорода и кислорода. , по словам директора Мегиатто.
Из нововведений, пожалуй, главным являются каталитические материалы, которые ускоряют реакции при активации солнечной энергией, расщепляя молекулы воды на водород и кислород.
Также были разработаны кремниевые солнечные панели, открывающие перспективу подключения этих фотоактивных материалов к обычным топливным элементам - электрохимическим элементам, которые преобразуют химические вещества в электрическую энергию, объединяя газообразные водород и кислород, чтобы снова сформировать молекулы воды. По словам Дирсеу Мегиатто, задача состоит в том, чтобы соединить материалы с топливным элементом. «Если мы сможем использовать водород и кислород, производимые новыми материалами в топливном элементе, можно будет снова вырабатывать воду и электричество и замкнуть цикл проведения искусственного фотосинтеза», - сказал он.
Однако у использования кремниевой пластины в качестве материала для фотосинтеза есть некоторые недостатки: высокая стоимость и сложность обращения для достижения желаемой чистоты.
Альтернатива кремнию
Искали альтернативный природный материал для искусственного фотосинтеза, поскольку кремниевые солнечные батареи в то время были нежизнеспособны. IQ Unicamp искал эту альтернативу в самой природе. Нет лучшего катализатора, чем хлорофилл, пигмент, который не только придает зеленый цвет, но и естественным образом используется растениями для фотосинтеза. «Эти молекулы - выход из природы, позволяющий поглощать солнечную энергию. Однако процесс их химического синтеза сложен и дорог », - прокомментировал Мегиатто.
Поэтому был создан искусственный хлорофилл, названный порфирином. Его легче использовать, и он обладает химической стабильностью, которую не обеспечивает природный хлорофилл.
«Эти материалы, когда они соединены с катализаторами, оказались очень многообещающими для преобразования солнечной энергии в химическую энергию посредством окисления молекул воды, но в настоящее время они изучаются только в водном растворе, а не в фотосинтетическом. устройство настоящее », - заявил Мегиатто.
Теперь цель состоит в том, чтобы сформировать фотоактивную полимерную пленку с генерируемыми молекулами, чтобы разработать твердый материал и нанести его на металлические и полупроводниковые пластины (электроды), необходимые для функционирования солнечного элемента.
«Знания, полученные в этом проекте, также могут быть применены в сельскохозяйственных исследованиях для увеличения урожайности растений, используемых для производства биотоплива», - заключил Мегиатто.
Источник: Агентство ФАПЕСП.
