Czy można za pomocą energii słonecznej produkować paliwa i związki chemiczne? Naukowcy z niemieckiego Karlsruhe Institute of Technology oraz kanadyjskiego Uniwersytetu Toronto twierdzą, że tak. Mało tego, prezentują w tym celu model najnowszego fotoreaktora, który powinien działać o wiele skuteczniej niż jakakolwiek inna konstrukcja tego typu.
Czytaj też: Dowiercili się do wnętrza Ziemi. Z gigantycznego źródła energii będą czerpać bez ograniczeń
Z artykułu naukowego w czasopiśmie Joule możemy wiele dowiedzieć się na temat innowacyjnego urządzenia. Zanim jednak przyjrzymy się najnowszego fotoreaktorowi, warto poznać podstawową charakterystykę takich urządzeń. Ich praca polega na tym, że energię słoneczną wykorzystuje się do przeprowadzania reakcji chemicznych i przekształcania reagentów w produkty, tutaj np. dwutlenek węgla w ekologiczne paliwa.
Wydawałoby się, że są to proste mechanizmy. Niestety fotoreaktory borykają się z wieloma przeszkodami. Chociażby same materiały do ich konstrukcji są niezwykle kosztowne, przez co urządzenia prawie nie są wykorzystywane w praktyce. Ponadto wciąż problemem jest nieefektywna absorpcja fotonów, które bardzo często ulegają odbiciu czy rozproszeniu i tym samym powodując straty energii.
Czytaj też: Odnawialne źródła energii zaliczają gigantyczny progres. Oto czynniki, które go napędzają
Jak wydajny musi być fotoreaktor, aby zainteresował komercyjnych producentów? W branży wspomina się o kluczowych 10 proc. wydajności. Jest to tylko pozornie niewiele. Dokładnie od tej wartości fotoreaktory zaczynają być opłacalne w masowej produkcji. Dotychczasowe badania naukowe nad tą technologią wykazywały ekstremalnie niskie poziomy wydajności rzędu jednego procenta lub mniej. Naukowcy z Toronto i Karlsruhe uważają, że wyciągnęli właśnie asa z rękawa.
Fotoreaktor korzysta z bardzo znanego źródła energii. Bez fotowoltaiki nie obejdzie się już świat?
Opracowali oni konstrukcję, która kształtem przypomina panele słoneczne. Zauważalna jest jednak drobna różnica. Ogniwa składają się setek drobnych modułów ułożonych w kształt litery V. W zagłębieniu znajduje się, jak to opisują twórcy, jednostka wychwytująca fotony z fotokatalizatorem. Przy takiej architekturze urządzenia została utrzymana wysoka wydajność pracy rzędu 5,8 proc. Co więcej, zdaniem uczonych, problem kosztownej konstrukcji w tym przypadku odpada, ponieważ fotoreaktor można produkować z tanich polimerów metodą wytłaczania.
Naukowcy nie kryją satysfakcji ze swojego wynalazku. Ich fotoreaktor jest swoistą innowacją w branży, ale wciąż daleki od ideału. Jak podano w artykule, osiągnięta wydajność urządzenia odpowiada 62 proc. teoretycznego limitu dla polimerowego materiału zastosowanego w eksperymentach. Przed badaczami długa droga do maksymalnego wykorzystania potencjału materiałów budulcowych, ale również i do przekroczenia epokowej wydajności 10 proc.