Ceratizit SPS AMPER 2019 Schunk EuroBlech Murrelektronik

Umělý list vyrábí elektřinu z vody

Zatímco řada vědeckých projektů byla inspirována přírodou, kdy se lidé pokoušejí přírodní vynálezy uměle napodobit, někdy dokážou lidmi vytvořené technologie procesy „odkoukané“ od matky přírody zvládnout ještě dokonaleji. Příkladem takovéhoto řešení je třeba umělý list napodobující fotosyntézu, jež dokáže vyrábět elektrický proud, který vytvořili vědci z Massachussetského technologického institutu (MIT).

 

Vědci částečně okopírovali technologii, jakou listy rostlin produkují kyslík a živiny z oxidu uhličitého. Umělý list však nepřipomíná klasický zelený lístek, ale spíše tenkou sluneční baterii velikosti kreditní karty. Svou funkcí napodobuje proces fotosyntézy, při němž zelené rostliny přeměňují sluneční záření a vodu na energii. K výrobě elektřiny z vodíku a kyslíku využívá na rozdíl od svých přírodních vzorů palivový článek, což je v principu galvanický článek, k jehož elektrodám se přivádí palivo (vodík) a okysličovadlo (kyslík). Palivové články pracují nepřetržitě, pokud mají stálý přívod paliva a okysličovadla k elektrodám.

Energie z kanystru vody na den
Poté, co je umělý list ponořen do vody, kde na něj svítí slunce, začne elektrochemická reakce, která vodu dělí na kyslík a vodík. Ten lze zachytávat, skladovat v palivovém článku a vyrábět z něj elektřinu. Pro výrobu elektrické energie by tedy stačilo sadu takovýchto listů umístit do nádrže s vodou (jež dokonce ani nemusí být čistá), a nechat na ně svítit slunce - pro zásobování průměrné domácnosti v rozvojové zemi energií by mělo vystačit okolo 10 l vody na den.
Na obdobném projektu pracují i vědci z Arizonské státní univerzity. Jejich energetický konvertor a generátor vodíku obsahuje nanodrátky, uspořádané do podoby rozvětvených stromků. Spodní polovinu tvoří zpravidla křemíkový polovodič, horní polovinu pak polovodič na bázi rozvětvených větviček oxidu titaničitého (TiO2). Oba tyto polovodiče zachycují energii fotonů v jiné oblasti slunečního záření a pracují jako fotokatoda resp. fotoanoda. 
Arizonští vědci však narazili na problém: Zatímco proces přeměny sluneční energie na chemickou se odehrával velmi rychle, následný proces využití chemické energie ke štěpení vody na vodík a kyslík probíhal v umělých listech zpravidla velmi pomalu.  Příroda to vyřešila použitím jakéhosi procesního mezistupně, kterým je speciální přenosový mechanismus, jež je díky neobvykle krátké vazbě mezi atomem vodíku a dusíku schopen přemostit dvě místa s odlišnými rychlostmi procesů. Díky aplikaci analogického mechanismu elektronového relé v rámci umělého listu se pak vědcům povedlo podstatně zvýšit účinnost výroby vodíku. 

Nic nového pod sluncem – ale nyní levnější
Vedoucí týmu vědců na MIT, chemik Daniel Nocera upozorňuje, že koncept umělého listu není úplnou novinkou, projekty tohoto typu se objevily už před několika lety, jako např. systém, jehož autorem byl John Turner z americké Národní laboratoře obnovitelné energie v Boulderu v Coloradu. Problém jeho řešení však byl v tom, že ačkoliv dokázalo velmi efektivně imitovat fotosyntézu, jeho základ tvořily vzácné a velmi drahé kovy a systém byl navíc silně nestabilní - jeho životnost nepřesahovala ani jeden den. Jeho nástupce vytvořený vědci z MIT je naopak vyroben z levných, běžných prvků (konkrétně konfigurace z jednoduchého, komerčně dostupného solárního článku, spojeného se dvěma katalyzátory: kobalt-boritanovým pro rozdělení molekuly vody a ze slitiny nikl-molybden-zinku vyrábějícího plynný vodík), který dokáže velmi rychle dělit vodu na vodík a kyslík za velmi jednoduchých podmínek, a co je důležité: nabízí dlouhou životnost - v laboratorních podmínkách dokázal pracovat nepřetržitě, bez snížení výkonu minimálně po dobu 45 h bez poklesu účinnosti. Ta je podle vyjádření vědců u umělého listu ve srovnání s jeho přírodním protějškem až 10násobná a do budoucna bude možné prý jeho výkonnost ještě zvýšit.
 

 
Publikováno: 12. 5. 2014 | Počet zobrazení: 1399 článek mě zaujal 241
Zaujal Vás tento článek?
Ano