Jak działa sztuczny liść?
Opracowany system stanowi istotny krok naprzód w dziedzinie sztucznej fotosyntezy. Hybrydowa konstrukcja łączy organiczne polimery wychwytujące światło z enzymami pochodzącymi z bakterii, umożliwiając przekształcanie dwutlenku węgla, wody i energii słonecznej w mrówczan. Ten ostatni związek ma spore znaczenie dla różnych gałęzi przemysłu. Kluczową innowacją okazało się wbudowanie enzymu zwanego anhydrazą węglanową w porowatą strukturę tlenku tytanu. Dzięki temu zabiegowi cały proces może zachodzić w roztworze wodorowęglanu przypominającym zwykłą wodę gazowaną.
To jak wielka układanka. Mamy wszystkie te różne komponenty, które próbowaliśmy połączyć w jednym celu – wyjaśnia Yongpeng Liu, współautor badań
Czytaj też: Silnik nadprzewodzący kształtuje przyszłość transportu. Technologia z Japonii już działa
Co wyróżnia tę technologię na tle wcześniejszych prób? Po raz pierwszy w urządzeniu biohybrydowym zastosowano organiczne półprzewodniki jako element przechwytujący światło. Układ działa całkowicie samodzielnie, nie wymagając zewnętrznego źródła energii. Testy laboratoryjne wykazały, iż urządzenie generuje znaczne prądy i charakteryzuje się niemal idealną wydajnością w kierowaniu elektronów do reakcji wytwarzania paliwa. Nie bez znaczenia jest również trwałość rozwiązania – system funkcjonuje nieprzerwanie przez ponad dobę, co stanowi dwukrotną poprawę w porównaniu z poprzednimi konstrukcjami.
Jeśli usuniemy toksyczne komponenty i zaczniemy używać elementów organicznych, uzyskamy czystą reakcję chemiczną i pojedynczy produkt końcowy, bez niepożądanych reakcji ubocznych – dodaje Celine Yeung, główna autorka badań
Realne szanse i wyzwania
Mrówczan wytwarzany przez sztuczny liść znajduje bezpośrednie zastosowanie praktyczne. Może posłużyć jako składnik reakcji chemicznych prowadzących do produkcji związków wykorzystywanych w farmaceutyce, przy zachowaniu wysokiej wydajności i czystości końcowego produktu. Branża chemiczna wytwarza niezwykle zróżnicowany asortyment: od leków i nawozów po tworzywa sztuczne, farby czy środki czyszczące. Opracowanie zrównoważonej alternatywy dla procesów bazujących na paliwach kopalnych mogłoby znacząco wpłynąć na globalną gospodarkę.
Czytaj też: Nowa technika druku bije na głowę dotychczasowe rozwiązania. Tworzy genialny materiał
Jeśli mamy zbudować gospodarkę o obiegu zamkniętym i zrównoważoną, przemysł chemiczny jest dużym, złożonym problemem, którym musimy się zająć – podsumowuje Erwin Reisner, kierownik zespołu badawczego
Badania opublikowane w czasopiśmie Joule wskazują na potencjał nowej rodziny sztucznych liści. Naukowcy zamierzają kontynuować prace nad udoskonaleniem technologii, skupiając się na wydłużeniu żywotności urządzenia i dostosowaniu go do produkcji różnych typów związków chemicznych. Technologia może stać się podstawą do produkcji ekologicznych paliw i chemikaliów, ale na efekty przyjdzie nam jeszcze poczekać. Perspektywa stworzenia urządzeń zasilanych energią słoneczną, które są jednocześnie wydajne, trwałe i pozbawione toksycznych komponentów, brzmi zachęcająco. Pozostaje jednak pytanie: czy uda się przełożyć laboratoryjny sukces na skalę przemysłową przy zachowaniu opłacalności ekonomicznej?