Med nye materialer udføres kunstig fotosyntese

Ny metode ville være meget vigtig for at opnå energi

Du har måske hørt om den proces, hvormed planter og andre organismer omdanner sollys til kemisk energi. Takket være fotosyntese, en proces, hvor planter eller alger frigiver ilt (O 2) og spiser kuldioxid (CO 2), fortsætter livet på Jorden. Men hvad hvis vi kunstigt kunne gengive en sådan naturlig metode til at opnå energi?

En gruppe forskere fra Institute of Chemistry (IQ) ved State University of Campinas (Unicamp) udviklede materialer i nanometrisk skala (milliardedel af en meter) for at forsøge at udføre fotosyntese kunstigt med det primære formål at producere energi.

"Baseret på den eksisterende viden om det naturlige fotosyntese-system, der udføres af planter, forsøger vi at reproducere de væsentlige punkter for fotosyntetisk funktion i kunstige materialer, til elektrisk energi eller endda brændstof fra solenergi," sagde Jackson Dirceu Megiatto Júnior, professor Unicamp's IQ til Agência FAPESP.

Ideen om kunstig fotosyntese startede i begyndelsen af ​​det 20. århundrede, men det blev kun anset for muligt for nogle få år siden med nogle videnskabelige fremskridt, der gjorde det muligt i laboratoriet at bruge solenergi og vand til at generere brint og iltgasser, ifølge direktør Megiatto .

Af de nyskabelser er måske de vigtigste katalysatormaterialer, der fremskynder reaktionerne, når de aktiveres af solenergi og bryder vandmolekylerne i brint og ilt.

Der blev også udviklet silicium solpaneler, der åbnede et perspektiv for at forbinde disse fotoaktive materialer til konventionelle brændselsceller - elektrokemiske celler, der omdanner kemisk energi til elektrisk energi ved at kombinere brint og iltgasser til dannelse af vandmolekyler igen. Ifølge Dirceu Megiatto er udfordringen at forbinde materialerne til en brændselscelle. "Hvis vi er i stand til at bruge brint og ilt, der produceres af nye materialer i en brændselscelle, vil det være muligt at generere vand og elektricitet igen og lukke cyklussen for udførelse af kunstig fotosyntese," sagde han.

Der er dog nogle negative punkter i brugen af ​​siliciumplade som et materiale til fotosyntese: høje omkostninger og vanskelig håndtering for at opnå den ønskede renhed.

Alternativ til silicium

Et alternativ til naturligt materiale blev søgt til at producere kunstig fotosyntese, da silicium solpaneler ikke var gennemførlige på det tidspunkt. Unicamp's IQ søgte dette alternativ i naturen. Der er ingen bedre katalysator end klorofyl, et pigment, der ud over at give grøn farve også bruges naturligt af planter til fotosyntese. ”Disse molekyler er naturens vej ud for at kunne absorbere solenergi. Deres kemiske synteseproces er imidlertid vanskelig og dyr ”, kommenterede Megiatto.

Derfor blev der dannet en kunstig klorofyl, kaldet porphyrin. Det er lettere at bruge og har en kemisk stabilitet, som naturlig klorofyl ikke tilbyder.

”Disse materialer, når de er forbundet med katalysatorer, har vist sig at være meget lovende for omdannelse af solenergi til kemisk energi gennem oxidation af vandmolekyler, men i øjeblikket undersøges de kun i vandig opløsning og ikke i en fotosyntetisk enhed. rigtig, ”sagde Megiatto.

Nu er målet at danne en fotoaktiv polymerfilm med de genererede molekyler for at udvikle et fast materiale og deponere dem på metal- og halvlederplader (elektroder), der er nødvendige for, at en solcelle fungerer.

”Den viden, der er erhvervet i dette projekt, kan også anvendes i landbrugsforskning for at øge udbyttet af planter, der bruges til produktion af biobrændstoffer”, konkluderede Megiatto.

Kilde: Agência Fapesp