Επιστήμονες κατάφεραν να φτιάξουν καύσιμα μέσω φωτοσύνθεσης
Οι ερευνητές μετέτρεψαν το διοξείδιο του άνθρακα σε οργανικές ενώσεις όπως το προπάνιο ή το μεθάνιο
Φανταστείτε η μεγάλη ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα που εκπέμπεται από την ανθρώπινη δραστηριότητα να μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενέργειας – όπως ακριβώς κάνουν τα φυτά με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Αυτό πέτυχαν επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Ιλινόι, καταφέρνοντας να φτιάξουν καύσιμα με πρώτη ύλη το νερό, το διοξείδιο του άνθρακα και το φως. Μετατρέποντας το διοξείδιο του άνθρακα σε οργανικές ενώσεις όπως το προπάνιο ή το μεθάνιο, οι ερευνητές ευελπιστούν πως θα μπορέσουν να αξιοποιήσουν τις μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα διευρύνοντας τις δυνατότητες των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
Ιδανικά τα υγρά καύσιμα
Σε πρόσφατα δημοσιευμένη εργασία τους στην επιστημονική επιθεώρηση «Nature Communications» οι ερευνητές μιμήθηκαν τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης που χρησιμοποιούν τα φυτά για να εξασφαλίσουν την ενέργειά τους. Αυτή η διαδικασία αξιοποιεί το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), το νερό και την ηλιακή ενέργεια για να συνθέσει γλυκόζη, την κύρια πηγή ενέργειας των φυτών. Με αντίστοιχο τρόπο, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το ίδιο φάσμα φωτός και το νερό για να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα σε καύσιμο. «Στόχος μας είναι να παράγουμε σύνθετους υδρογονάνθρακες σε υγρή μορφή τόσο από την περίσσεια CO2 στο περιβάλλον όσο και από άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως το ηλιακό φως» ανέφερε ο καθηγητής χημείας Πρασάντ Τζέιν, ένας από τους δύο συγγραφείς της δημοσίευσης, στην ιστοσελίδα του Πανεπιστημίου του Ιλινόι. «Τα υγρά καύσιμα είναι ιδανικά επειδή είναι πιο ασφαλή, οικονομικά και εύκολα στη μεταφορά απ’ ό,τι τα καύσιμα σε μορφή αερίου» συμπλήρωσε ο καθηγητής και κατέληξε λέγοντας πως «αυτό συμβαίνει επειδή αποτελούνται από μόρια με μακριές αλυσίδες που περιέχουν πολλούς χημικούς δεσμούς και μπορούν να αποθηκεύσουν ενέργεια σε πιο συμπυκνωμένη μορφή».
Νανοσωματίδια σε ρόλο χλωροφύλλης
Πώς κατάφεραν όμως οι ερευνητές να μεταφέρουν τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης στο εργαστήριο ώστε να παρασκευάσουν τα δικά τους καύσιμα; Η κύρια δυσκολία έγκειται στο να συνθέσουν ένα σύστημα που να δεσμεύει και να αξιοποιεί την ηλιακή ενέργεια, μια διαδικασία που στη φύση εξασφαλίζεται από τη χλωροφύλλη. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν νανοσωματίδια χρυσού που είναι ικανά να απορροφούν ένα συγκεκριμένο φάσμα φωτός, πιο συγκεκριμένα το ίδιο με αυτά που απορροφούν τα φυτά. Παράλληλα, τα νανοσωματίδια αυτά μπορούν να έχουν καταλυτικό ρόλο στις βιοχημικές αντιδράσεις, επειδή η επιφάνειά τους αλληλεπιδρά με τα μόρια του διοξειδίου του άνθρακα ενεργοποιώντας την κατάλυσή του. «Υπάρχουν πολλές πιθανές χρήσεις αυτής της τεχνολογίας» τόνισε ο καθηγητής Τζέιν, συμπληρώνοντας πως «θα μπορούσε για παράδειγμα να χρησιμοποιηθεί σε κυψέλες καυσίμου, που μπορούν να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Υπάρχουν πολλά εργαστήρια τα οποία διερευνούν πώς οι υδρογονάνθρακες μπορούν να μετατραπούν αποδοτικά σε ηλεκτρική ενέργεια».
Η διαδικασία αυτή παραγωγής ενέργειας από το διοξείδιο του άνθρακα είναι σχεδόν τόσο αποδοτική όσο είναι και στα φυτά, κάτι που καθιστά την ανακάλυψη πολύ σημαντική για την ανάπτυξη τεχνολογιών της λεγόμενης πράσινης ενέργειας, της ενέργειας δηλαδή που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. «Πρέπει τώρα να διερευνήσουμε πώς θα εξελίξουμε τον καταλύτη που χρησιμοποιήσαμε ώστε οι βιοχημικές αντιδράσεις να γίνουν ακόμη πιο αποδοτικές» σημείωσε ο καθηγητής Τζέιν, καταλήγοντας πως «έπειτα θα είμαστε σε θέση να εφαρμόσουμε αυτή την τεχνολογία σε μεγαλύτερη κλίμακα».
Ιδανικά τα υγρά καύσιμα
Σε πρόσφατα δημοσιευμένη εργασία τους στην επιστημονική επιθεώρηση «Nature Communications» οι ερευνητές μιμήθηκαν τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης που χρησιμοποιούν τα φυτά για να εξασφαλίσουν την ενέργειά τους. Αυτή η διαδικασία αξιοποιεί το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), το νερό και την ηλιακή ενέργεια για να συνθέσει γλυκόζη, την κύρια πηγή ενέργειας των φυτών. Με αντίστοιχο τρόπο, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το ίδιο φάσμα φωτός και το νερό για να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα σε καύσιμο. «Στόχος μας είναι να παράγουμε σύνθετους υδρογονάνθρακες σε υγρή μορφή τόσο από την περίσσεια CO2 στο περιβάλλον όσο και από άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως το ηλιακό φως» ανέφερε ο καθηγητής χημείας Πρασάντ Τζέιν, ένας από τους δύο συγγραφείς της δημοσίευσης, στην ιστοσελίδα του Πανεπιστημίου του Ιλινόι. «Τα υγρά καύσιμα είναι ιδανικά επειδή είναι πιο ασφαλή, οικονομικά και εύκολα στη μεταφορά απ’ ό,τι τα καύσιμα σε μορφή αερίου» συμπλήρωσε ο καθηγητής και κατέληξε λέγοντας πως «αυτό συμβαίνει επειδή αποτελούνται από μόρια με μακριές αλυσίδες που περιέχουν πολλούς χημικούς δεσμούς και μπορούν να αποθηκεύσουν ενέργεια σε πιο συμπυκνωμένη μορφή».
Νανοσωματίδια σε ρόλο χλωροφύλλης
Πώς κατάφεραν όμως οι ερευνητές να μεταφέρουν τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης στο εργαστήριο ώστε να παρασκευάσουν τα δικά τους καύσιμα; Η κύρια δυσκολία έγκειται στο να συνθέσουν ένα σύστημα που να δεσμεύει και να αξιοποιεί την ηλιακή ενέργεια, μια διαδικασία που στη φύση εξασφαλίζεται από τη χλωροφύλλη. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν νανοσωματίδια χρυσού που είναι ικανά να απορροφούν ένα συγκεκριμένο φάσμα φωτός, πιο συγκεκριμένα το ίδιο με αυτά που απορροφούν τα φυτά. Παράλληλα, τα νανοσωματίδια αυτά μπορούν να έχουν καταλυτικό ρόλο στις βιοχημικές αντιδράσεις, επειδή η επιφάνειά τους αλληλεπιδρά με τα μόρια του διοξειδίου του άνθρακα ενεργοποιώντας την κατάλυσή του. «Υπάρχουν πολλές πιθανές χρήσεις αυτής της τεχνολογίας» τόνισε ο καθηγητής Τζέιν, συμπληρώνοντας πως «θα μπορούσε για παράδειγμα να χρησιμοποιηθεί σε κυψέλες καυσίμου, που μπορούν να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Υπάρχουν πολλά εργαστήρια τα οποία διερευνούν πώς οι υδρογονάνθρακες μπορούν να μετατραπούν αποδοτικά σε ηλεκτρική ενέργεια».
Η διαδικασία αυτή παραγωγής ενέργειας από το διοξείδιο του άνθρακα είναι σχεδόν τόσο αποδοτική όσο είναι και στα φυτά, κάτι που καθιστά την ανακάλυψη πολύ σημαντική για την ανάπτυξη τεχνολογιών της λεγόμενης πράσινης ενέργειας, της ενέργειας δηλαδή που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. «Πρέπει τώρα να διερευνήσουμε πώς θα εξελίξουμε τον καταλύτη που χρησιμοποιήσαμε ώστε οι βιοχημικές αντιδράσεις να γίνουν ακόμη πιο αποδοτικές» σημείωσε ο καθηγητής Τζέιν, καταλήγοντας πως «έπειτα θα είμαστε σε θέση να εφαρμόσουμε αυτή την τεχνολογία σε μεγαλύτερη κλίμακα».
