Magyar eredmény a mesterséges fotoszintézis terén

A Szegedi Tudományegyetem kutatói, élükön Janáky Csabával, jelentős áttörést értek el a mesterséges fotoszintézis terén. Egy friss publikációban, amely a Nature Catalysis folyóiratban jelent meg, bemutatták, hogyan lehet elektrokémiai úton, napenergia felhasználásával hatékonyabban előállítani kémiai anyagokat.

Ezen innováció alapvetően megváltoztathatja, hogyan gondolkodunk a vegyipar és a fenntarthatóság kapcsolatáról.

Hogyan működik a mesterséges fotoszintézis és mire jó?

A mesterséges fotoszintézis egy olyan folyamat, ami a napfény energiáját kémiailag tárolható formába alakítja át, hasonlóan a növények fotoszintéziséhez. Az SZTE kutatócsoportja úttörő munkájával új utakat nyitott a biodízelgyártás melléktermékének, a glicerinnek hasznosítására. Egy speciálisan tervezett elektrokémiai cellában a szén-dioxidból és a glicerinből értékes kémiai anyagokat állítottak elő, miközben minimalizálták a keletkező melléktermékeket.

A szegedi szakemberek két és fél éves úttörő kutatásukban két nagy értékű elektrokémiai folyamatot párosítottak egymással. Egy saját fejlesztésű elektrokémiai cellában a Nap fényerősségét tízszeresen meghaladó megvilágítással fotoelektrokémiai úton alakították át hasznos nyersanyagokká a biodízelgyártás melléktermékét, a glicerint, valamint ugyanabban a cellában szén-monoxiddá redukálták a szén-dioxidot.

A glicerinoxidáció különféle termékeket, például hangyasavat, tejsavat, glicerin-aldehidet, dihidroxi-acetont eredményezhet, és ezek közül mindegyiknek megvan a maga piaca. Az ipari alkalmazhatóság érdekében a kutatás arra is kiterjedt, hogy a folyamat végén ne tíz komponensből álló keveréket kapjanak, hanem minél szelektívebben tudják létrehozni a termékek valamelyikét.

Az SZTE kutatói azt is megmutatták, hogy a glicerin oxidációjának termékeloszlása azonos áramsűrűség mellett a fotoelektrokémiai forgatókönyvben egészen más, mint a hagyományos elektrokémiai folyamatban; előbbiben ugyanis nagyobb termékszelektivitás érhető el.

Az általuk tesztelt folyamat jelentősen növelheti a kémiai gyártási folyamatok hatékonyságát és csökkentheti azok környezeti lábnyomát.

Mikor lesz a valóságban használható a mesterséges fotoszintézis?

A mesterséges fotoszintézis még fejlesztés alatt álló technológia, amelyet elsősorban a mesterséges üzemanyag előállítás során szeretnének alkalmazni. Szerte a világon kutatnak a témában, néhány helyen már tesztelési vagy korai alkalmazási szakaszba lépett.

Caltech és a Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP)

A California Institute of Technology kutatói vezetik a JCAP projektet, amely a mesterséges fotoszintézis kutatásának élvonalában áll. A JCAP célja, hogy hatékony, gazdaságos berendezéseket fejlesszenek, amelyek képesek napfény, víz és szén-dioxid segítségével üzemanyagokat előállítani. A projekt során már sikerült előállítaniuk hidrogént és oxigént vízbontással, valamint szén-dioxidból etilént, metanolt és más vegyületeket.

Harvard University

Daniel Nocera professzor és csapata fejlesztett egy úgynevezett „bionapcellát”, amely egy egyedülálló folyamat során képes szerves anyagot előállítani a levegőből származó szén-dioxidból, vízből és napfényből. Ezt a technológiát különösen ígéretesnek tartják az energia tárolására és a szén-dioxid atmoszférából való eltávolítására.

ETH Zürich és a University of Cambridge

Ezek a kutatóintézetek is élen járnak a mesterséges fotoszintézis fejlesztésében.

Speciálisan kifejlesztett fotokatalizátorokat használnak, amelyek segítségével hatékonyabban lehet szén-dioxidból üzemanyagot előállítani.

Az ETH Zürich kutatói olyan nanotechnológiával kísérleteznek, amely lehetővé teszi az energia hatékonyabb hasznosítását és tárolását.

Tokyo Institute of Technology

Japánban a mesterséges fotoszintézis kutatása arra koncentrál, hogy hogyan lehet szén-dioxidból közvetlenül metanolt előállítani. A tokiói intézetben a kutatók egy újfajta katalizátort fejlesztettek ki, amely javítja a szén-dioxidból történő metanol előállításának hatékonyságát, ami fontos lépés a fenntarthatóbb kémiai folyamatok felé.

Ezek a projektek és kutatások a mesterséges fotoszintézis különböző alkalmazásainak csak néhány példáját mutatják be, és jól jelzik, hogy a technológia milyen irányokba fejlődhet a jövőben. Még ha a teljes kereskedelmi alkalmazás még évekkel odébb van is, a folyamatban lévő kutatások már most is izgalmas eredményeket hoznak.

Az SZTE kutatóinak munkája nem csupán a tudományos közösséget, hanem az ipari szektorokat is képes inspirálni.

A napfény használatával végzett kémiai átalakítások új dimenziókat nyithatnak meg a megújuló energia és a zöld kémia területén.

A jövőbeli kutatások és fejlesztések várhatóan még nagyobb teljesítményű napfényszimulátorok felhasználásával, és így még intenzívebb kémiai reakciók elérésével bővíthetik e technológia határait.

Forrás: MTI és a Szegedi Tudományegyetem weboldala.
Kiemelt kép: freepik

Írja meg Facebook oldalunkra, hogy mit gondol erről a témakörről!

https://www.facebook.com/greenponthu/