Zespół badaczy z Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) i University of Tokyo stworzył nowatorskie hydrożele zdolne do przeprowadzania sztucznej fotosyntezy. Dzięki zaawansowanym sieciom polimerowym, materiały te umożliwiają wydajny transfer elektronów, co pozwala na podział cząsteczek wody na tlen i wodór – kluczowy element w dążeniu do produkcji ekologicznego paliwa przyszłości.
Czytaj też: Pokłady wodoru znalezione w nieoczywistym miejscu. Mogą zaspokoić nasze potrzeby na setki lat
Prof. Kosuke Okeyoshi z JAIST mówi:
Największym wyzwaniem było ustalenie, jak ułożyć te cząsteczki, aby mogły płynnie przenosić elektrony. Dzięki zastosowaniu sieci polimerowej byliśmy w stanie zapobiec ich zlepianiu się, co jest częstym problemem w syntetycznych systemach fotosyntezy.
Mamy wodór ze sztucznej fotosyntezy!
Naśladowanie sposobu, w jaki rośliny przekształcają światło słoneczne w energię, od dawna było marzeniem naukowców, którzy chcieli tworzyć rozwiązania w zakresie energii odnawialnej. Sztuczna fotosynteza to proces, który ma na celu odtworzenie metody natury, wykorzystując światło słoneczne do napędzania reakcji chemicznych generujących czystą energię. Jednak tworzenie syntetycznych systemów, które działają tak organicznie jak naturalna fotosynteza, było do tej pory poważnym wyzwaniem.
Czytaj też: Światło zamiast spalin. Przełomowa metoda produkcji wodoru
Japońscy naukowcy zaprojektowali nowy rodzaj bioinspirowanego hydrożelu, który może generować wodór i tlen poprzez rozszczepianie cząsteczek wody za pomocą światła słonecznego. W badaniach wykorzystano kompleksy rutenu i nanocząstki platyny, które symulują mechanizmy występujące w naturze. Wyróżnikiem projektu jest sposób organizacji molekuł wewnątrz hydrożelu, co pozwala na bardziej efektywne przechwytywanie i wykorzystywanie energii świetlnej.
Reina Hagiwara, doktorantka w JAIST, mówi:
To, co jest tutaj wyjątkowe, to sposób, w jaki cząsteczki są zorganizowane w hydrożelu. Tworząc ustrukturyzowane środowisko, sprawiliśmy, że proces konwersji energii stał się znacznie bardziej wydajny.
Jednym z kluczowych przełomów w badaniu opisanym w czasopiśmie Chemical Communications jest zdolność hydrożeli do zapobiegania agregacji funkcjonalnych cząsteczek – głównego problemu w poprzednich sztucznych systemach fotosyntezy. W rezultacie zespół był w stanie znacznie zwiększyć aktywność procesu rozszczepiania wody i wyprodukować więcej wodoru w porównaniu ze starszymi technikami.
Wodór, jako ekologiczne paliwo, przyciąga uwagę naukowców i przemysłu na całym świecie. Produkcja tego pierwiastka z wykorzystaniem hydrożeli, bez potrzeby zewnętrznych źródeł energii, może znacząco przyczynić się do rozwoju technologii wodorowych w transporcie, przemyśle i energetyce. Eksperci zwracają uwagę, że taka technologia może również pomóc w rozwiązaniu problemu nadmiaru dwutlenku węgla w atmosferze, jeśli połączy się ją z technikami jego wychwytywania.
Pomimo tych obiecujących wyników naukowcy zauważają, że nadal jest sporo do zrobienia. Zwiększenie skali produkcji tych hydrożeli i zapewnienie ich długoterminowej stabilności będzie ważnymi kolejnymi krokami. Zespół planuje również zbadać precyzyjną integrację w hydrożelach, aby jeszcze bardziej zwiększyć ich wydajność konwersji energii.
To odkrycie, naśladujące naturalne procesy roślin, jest nie tylko naukowym sukcesem, ale i praktycznym krokiem ku bardziej zrównoważonej przyszłości. Prace zespołu otwierają nowe perspektywy dla rozwoju technologii odnawialnych źródeł energii, które mogą zmniejszyć zależność od paliw kopalnych.