Umělé listy mohou nabídnout cestu k výrobě kapalných paliv z CO2

Napodobení procesu fotosyntézy by mohlo přinést zlom v oblasti přeměny energie slunečního záření. Umělá kapalná paliva, bioplasty, hnojiva či léky – všechny tyto, ale i další produkty by mohly být v budoucnu vyráběny díky technologii umělých listů, kterou americký magazín Scientific American zařadil mezi 10 významných rozvíjejících se technologií pro rok 2017.

Rostliny využívají energii slunečního záření k přeměně atmosférického CO2 na „palivo“ již stovky milionů let. Řada vědců již v minulosti přispěla k rozvoji umělé fotosyntézy, během níž katalyzátor aktivovaný slunečním zářením štěpil molekuly vody na vodík a kyslík.

Přiblížení se skutečné fotosyntéze by však znamenalo využít takto získaný vodík v redukční reakci s oxidem uhličitým, čímž by došlo ke vzniku uhlovodíků. Stejně jako běžný list by i tento systém k výrobě paliv využíval pouze CO2, vodu a energii slunečního záření.

Podobný proces se povedlo napodobit skupině výzkumníků z Harvardské univerzity již zhruba před rokem. Podle autorů experimentu se umělému listu podařilo překonat konverzní poměr přírodního listu několikanásobně. Zatímco rostliny běžně využívají k výrobě glukózy pouze 1 % z energie dopadajícího slunečního záření, umělý systém dosáhl při přeměně oxidu uhličitého na palivo téměř 10 %.

U paliva to skončit nemusí

Vědcům se podařilo do jednoho kontejneru zkombinovat anorganickou technologii solárního štěpení vody, která využívá pouze biokompatibilní materiály, s mikroby, kteří byli speciálně navrženi pro výrobu paliv. Kromě paliv by však bakterie mohly vyrábět řadu dalších produktů. S využitím jinak metabolicky upravených mikroorganismů vědci z Harvardu již úspěšně odzkoušeli výrobu dusíkatých hnojiv přímo v půdě.

Bakterie zprvu využijí dodávaný vodík spolu s oxidem uhličitým k výrobě bioplastu, který později slouží jako zdroj energie. Jakmile má bakterie k dispozici dostatek plastu, nepotřebuje již nadále sluneční svit a může být zahrabána do země. Tam následně využívá dusík získávaný ze vzduchu s vodíkem z bioplastu k výrobě hnojiva.

Kromě kapalných paliv a hnojiv by bakterie mohly v budoucnu v závislosti na své modifikaci vyrábět i další produkty, včetně plastů nebo léčiv.

Jeden z „energetických zázraků“

Jednou z výhod solárních paliv je, že nepotřebují žádnou zvláštní infrastrukturu. Při vhodném designu by zařízení mohla být snadno exportována do odlehlých venkovských oblastí, což by mělo velký význam zejména pro rozvojové země. Jedním ze zastánců výroby paliv za využití slunečního záření je i americký miliardář Bill Gates, který do rozvíjejících se technologií investuje stovky milionů dolarů.

„Již dříve jsem psal o nutnosti energetického zázraku, který by zpomalil klimatické změny a umožnil přístup k elektřině milionům nejchudších rodin, které žijí bez ní. Výroba solárního paliva by byl jedním z těchto zázraků,“ napsal Bill Gates.

Umělá fotosyntéza by rovněž mohla podpořit přechod k energetické soběstačnosti a k ostrovním systémům. Podle odhadů společnosti Accenture by do roku 2035 mohlo být na území Severní Ameriky na síti nezávislých až 12 % populace, v případě Evropy 11 %.