Trådløs fotosyntese i et glas vand

En fotocelle med en belægning, der katalyserer vand til ilt og brint åbner mulighed for billigere brintproduktion.

(Dette er en uredigeret version. Læs hele artiklen med kommentarer på ing.dk)


Når planter kan gøre det, så kan vi også, mener professor Daniel Nocera fra MIT. Sammen med sin tidligere studerende Steven Reece og forskere fra virksomheden Sun Catalytix har han udviklet et ‘kunstigt blad’, som med solens hjælp kan spalte vand til ilt og brint. Bladet består af en solcelle med en belægning, som katalyserer spaltningsprocessen af vand, lidt som fotosyntesen gør det i planter. Når systemet en dag er mere effektivt, kan det måske bruges som en alternativ energikilde i pH-neutrale omgivelser, uden at der er brug for nogen ledninger til at transportere elektricitet.

Nu er det ikke første gang, man har splittet vand i dets atomare bestanddele. I skolen har de fleste af os forsøgt os med at få lidt syre, et batteri og et par ledninger til at lave bobler i et glas vand. Det nye ved Noceras eksperiment er, at hele systemet er trådløst, hvilket gør det muligt f.eks. at udvikle mikrosolceller uden de dyre glaspaneler, som vil kunne tilsættes vandige miljøer og producere brint langt billigere end eksisterende standardteknikker. Desuden består katalysatoren af billige materialer som silicium, kobolt og nikkel.

»Det kan ikke blive mere bærbart eller trådløst. Det her er en letvægter,« siger Nocera i en pressemeddelelse.

En ledsagende video til artiklen i tidsskriftet Science fra 30. september viser, at solcellen bare skal placeres i et glas vand, hvorefter det begynder at boble.




På jagt efter planternes trick
Traditionelt har forhindringerne for en bæredygtig produktion af brint været dyre katalysatorer og en lav effektivitet i den elektrolytiske spaltning af vand til O2 og H2. Det periodiske systems første grundstof bliver i industrien derfor primært fremstillet via ‘steam reforming’ af naturgas, hvor CH4 reagerer med H2O ved høj temperatur. Men det producerer store mængder af kulmonooxid og kuldioxid, til skade for miljøet.

Forskere over hele verden har derfor længe forsøgt at aflure planters og algers evne til at bruge sol og vand som energi- og næringskilde. Den er bestemt bæredygtig, men ifølge professor Jesper Bendix fra Københavns Universitet slet ikke en simpel proces.

»Fotosyntesen er en såkaldt mange-elektron-reaktion, hvor fire elektroner og fire protoner skal fjernes fra to vandmolekyler, og samtidig skal der dannes en binding mellem de to elektronegative iltatomer,« forklarede Bendix i Ingeniøren i 2009 (se ing.dk/k#9pxz). Desuden skal to negativt ladede ender af vandmolekylet samles via en kompliceret proces, der involverer en klynge af mangan-ioner, proteinkæder, calcium- og klor-ioner, og man ved faktisk ikke helt, hvordan det præcist fungerer.

I fotosyntesen er det primære reduktionsprodukt heller ikke H2, men NADHP, og energien bliver opbevaret i ATP og ikke i (f.eks.) brændselsceller. Hvis forskerne derfor ville forsøge at få brinten til at reagere videre og danne noget, der ligner ATP, eller bruge CO2 og brint til at lave sukker eller andre energirige kemiske bindinger, så ville energitabet blive alt for stort til, at systemet kan blive en effektiv energiproducent.

Et grønt planteblad konverterer i gennemsnit kun én procent af solens ener gi til kemiske bindinger. Nocera og co.’s trådløse elektrolyse er oppe på 2,5 procent, og hvis man inkluderer ledninger, kan forskerne komme op på en effektivitet på 4,7 procent. Dette er stadig alt for dårligt i forhold til standardsolceller, som nu om dage er oppe på over ti procents effektivitet.

Men ifølge Jesper Bendix er det ikke desto mindre vejen frem:

»Jeg tror meget på den overordnede idé: at omdannelse af lysenergi til kemisk bindingsenergi er fremtiden,« siger han

0 comments:

There was an error in this gadget