Polacy pracują nad biohybrydową elektrodą grafenową. Nowa technologia pozwoli na produkcję paliwa wodorowego

Energetyka na świecie opiera się przede wszystkim napaliwach kopalnych. Ich złoża powoli się wyczerpują, a do 2035 roku zapotrzebowanie na energię wzrośnie o40 proc. Rozwiązaniem może być energia słoneczna. Wykorzystać tę energię na szeroką skalę mogłyby urządzenia zdolne do przeprowadzenia sztucznej fotosyntezy.


Takie prace trwają wwarszawskim Centrum Nowych Technologii. Celem projektu jest stworzenie biohybrydowych fotoelektrod grafenowych do produkcji paliw słonecznych.

W Laboratorium Fotosyntezy iPaliw Słonecznych wCentrum Nowych Technologii UW trwają prace nad sztucznym liściem zgrafenu, czyli biohybrydową elektrodą, która pod wpływem światła wytwarza prąd. Grafen zwiększa wydajność fotoelektrod. W projekcie wysokostabilny fotosystem pierwszy, wyizolowany zekstremofilnych mikroalg Cyanidioschyzon merolae, zostaje przyłączony do elektrody grafenowej, co umożliwia przepływ fotoprądów wobrębie grafenu pod wpływem światła słonecznego.

– Celem tego projektu jest wytworzenie wysokowydajnych biohybrydowych fotoelektrod, bazujących na grafenie ifotosystemie pierwszym, do połączenia ich wcałe ogniwo paliwowe, które zastosowałoby wodę jako substrat do produkcji paliw słonecznych takich jak cząsteczkowy wodór czy tlenek węgla lub mrówczan–mówi agencji informacyjnej Newseria Innowacje prof. Joanna Kargul, kierownik Laboratorium Fotosyntezy iPaliw Słonecznych wCentrum Nowych Technologii UW.

Wyzwaniem cywilizacyjnym jest wytworzenie zielonych technologii, które pozwoliłyby na zaspokojenie wzrostu zapotrzebowania cywilizacji na energię. Na świecie energię produkuje się przede wszystkim zpaliw kopalnych. Te jednak wciągu kilkunastu, kilkudziesięciu lat przestaną być wystarczające. Z raportu Międzynarodowej Agencji Energii wynika, że do 2040 roku globalne zużycie energii wzrośnie otyle, ile obecnie wynosi łączne zapotrzebowanie Chin iIndii.

Raport „Ciemna Chmura Europy: jak kraje spalające węgiel zanieczyszczają swoich sąsiadów" przygotowany przezEuropean Environmental Bureau (EEB), Climate Action Network (CAN) Europe, WWF, Sandbag orazHEAL, ocenia zaś, że emisje zenergetyki węglowej są odpowiedzialne wEuropie za 23 tys. przedwczesnych śmierci orazdziesiątki tysięcy schorzeń. Skutki oddychania zanieczyszczonym powietrzem kosztują nawet 62,3 mld euro.

– Zajmujemy się odwróceniem tej reakcji poprzez opracowanie zielonej technologii konwersji energii słonecznej wproste paliwa, tzw. paliwa słoneczne, które nieniosłyby za sobą śladu węglowego. Projekt ma na celu wytworzenie biohybrydowych elektrod, które konwertowałyby energię słoneczną zzastosowaniem jednego zkompleksów fotosyntetycznych obardzo wysokiej stabilności tolerancji na bardzo niekorzystne warunki zewnętrzne, jak wysoka temperatura, niskie pH czy ekstremalnie wysokie oświetlenie–mówi prof. Joanna Kargul.

Grafen został odkryty w2004 roku przezdwóch rosyjskich badaczy zUniversity of Manchester wWielkiej Brytanii, którzy dostali za wyniki swojej pracy nagrodę Nobla. Grafen jest odmianą alotropową dobrze znanego węgla. Ma charakterystyczną strukturę molekularną. Tworzy sieć heksagonalną (składającą się zsześciu boków), gdzie wkażdym zrogów sześcioboku znajdują się atomy węgla. Właściwości fizykochemiczne grafenu, takie jak olbrzymia wytrzymałość, lekkość, transparentność, świetne przewodzenie elektryczności iciepła, czynią ten materiał bardzo atrakcyjnym dlabardzo wielu zastosowań.

–Wenergetyce czy wtworzeniu technologii bazujących na energii odnawialnej grafen może mieć kolosalne znaczenie.Po przetestowaniu różnych materiałów,które stosujemy do konstrukcji sztucznego liścia, zdecydowaliśmy, żeto właśnie grafenu chcemy użyć dokonstrukcji naszych biohybrydowych elektrod, które podobnie jak naturalne organizmy fotosyntetyczne konwertują energię słoneczną wenergię chemiczną paliw.Te paliwa to niepaliwo komórkowe, takie jak cukier wprzypadku naturalnej fotosyntezy, ale proste, czyste paliwa niepozostawiające śladu węglowego, takie jak wodór cząsteczkowy, etanol, metanol czy mrówczan –mówi prof. Joanna Kargul.

Wodór już kilku lat jest nazywany paliwem przyszłości. Jednak wciąż wyzwaniem pozostaje magazynowanie wodoru wbezpieczny sposób – jego spalanie prowadzi do reakcji wydzielającej ciepło ielektryczność. Nie ma jeszcze bezpiecznej metody przechowywania iużycia wodoru jako paliwa na przykład wpojazdach komunikacji miejskiej czy prywatnych samochodach.

–Nowoczesne materiały takie jak grafen są bardzo atrakcyjne do przechowywania wodoru.W tym momencie wieloletni, duży problem wtechnologiach opierających się owodór jako paliwo jest minimalizowany. Znajdujemy się wbardzo ekscytującym etapie rozwoju technologicznego –podkreśla prof. Joanna Kargul zCentrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego.

Biohybrydowa elektroda grafenowa wciągu 5–7 lat może zostać włączona wcałe ogniwo paliwowe. Obecnie największą barierą wstrzymującą wprowadzenie takiego rozwiązania na szeroką skalę na rynek są koszty.

– Obecnie koszt wodoru wytworzonego przezbiohybrydowe elektrody to około 6–7 dolarów za kilogram, natomiast kilogram wodoru wytworzonego zpaliw kopalnych to 1–2 dolary. Mamy więc pole do popisu, aby nasze technologie wytworzyły paliwo słoneczne wsposób bardziej opłacalny– twierdzi ekspertka.

Oceń ten artykuł
(0 głosów)
Początek strony