Se sarà in grado di fotosintesi artificiale diventare un'alternativa ai pannelli solari?

Nel 1912 in Science ha pubblicato un articolo in cui il professor Giacomo Чамичан ha scritto quanto segue: «il Carbone offre l'energia solare per l'umanità nel suo più forma concentrata, ma il carbone esaurito. Non ископаемая energia solare — l'unica cosa che può utilizzare la vita moderna e la civiltà?». E più tardi, in questo articolo, aggiunge:

«edifici di Vetro sono dappertutto; all'interno di essi seguiranno i processi fotochimici, che sono stati finora custodito segreto di piante, ma che si svilupperà l'industria umana, si impara il modo di convincerli a dare ancora più ricchi i frutti che la natura, perché la natura non ha fretta, e l'umanità viceversa. La vita e la civiltà continuerà finché splende il sole».

Dopo un centinaio di anni Чамичан per la prima volta ha introdotto la fotosintesi artificiale come mezzo di svezzamento dai combustibili fossili, da allora la ricerca di una soluzione continua e anche scoppiato con una nuova forza.

Mentre i pannelli solari sono limitati teoriche di fuori della loro efficienza, da qualche parte c'è un posto per la fotosintesi artificiale, lungo dimenticato fratello di pannelli solari. È molto probabile che le persone continueranno a bruciare il liquido e solido combustibile che brucia, mentre il pannello solare è in grado solo di fornire l'elettricità.

Il Cambiamento climatico dà un nuovo impulso alla ricerca di fotosintesi artificiale. Le piante fanno qualcosa di utile: catturano l'anidride carbonica. La maggior parte dei modelli climatici, che ci consentono di rispettare il limite di accordo di Parigi (2 gradi Celsius), richiedono grandi quantità di bioenergia con улавливанием e lo stoccaggio del carbonio. È una tecnologia negativi delle emissioni, quando le piante catturano l'anidride carbonica, si trasformano in biocarburanti e poi bruciati. Il carbonio viene catturato e секвестрируется sotto terra.

La fotosintesi Artificiale può essere in carbonio-negativo fonte di combustibile liquido come l'etanolo. Gli ambientalisti spesso si rivolgono a «un'economia dell'idrogeno» come per risolvere il problema di ridurre le emissioni di carbonio. Invece di sostituire tutta la nostra infrastruttura — affidamento in solido e liquido combustibile — abbiamo semplicemente sostituire il carburante. Il carburante come idrogeno o etanolo, è possibile produrre con l'aiuto dell'energia solare, come nella fotosintesi artificiale, in modo che continueremo a utilizzare un combustibile liquido con meno danni per l'ambiente. Universale elettrificazione può essere un processo più complesso di un semplice passaggio da benzina ad etanolo.

La fotosintesi Artificiale sicuramente vale la pena di esplorare. E negli ultimi anni sono stati fatti grandi passi. Potenti investimenti da parte di governo e di fondi di beneficenza versando in combustibile solare. Sta ricercando diverse fotochimiche processi, alcuni dei quali già hanno il potenziale per essere più efficaci, che anche le piante.

Nel mese di settembre 2017 il laboratorio Nazionale di Lawrence Berkeley ha descritto un nuovo processo, che può trasformare la CO₂ in etanolo, che è quindi possibile utilizzare come combustibile, e l'etilene, che è necessario per la produzione del sacchetto di plastica. Questa è stata la prima dimostrazione di convertire l'anidride carbonica in combustibile e i precursori di plastica.

In un recente lavoro pubblicato su Nature Catalysis è stata discussa tecnica, in cui il pannello fotovoltaico connesso al dispositivo, электролизующему biossido di carbonio. Poi anaerobico microbo trasforma l'anidride carbonica e l'acqua, approfittando di energia elettrica, in butanolo.

Hanno sottolineato che la loro capacità di trasformare l'energia elettrica in i prodotti desiderati è efficace quasi al 100%, e il sistema nel suo complesso è riuscita a raggiungere l ' 8% di efficienza di conversione della luce solare in combustibile. Può sembrare che si tratta di una piccola cifra, ma il 20% è perfetto per i pannelli solari che convertono direttamente la luce solare in energia elettrica; anche i più produttivi di piante come la canna da zucchero e miglio, guadagnando non più di 6% di efficienza. Cioè questo è paragonabile con i biocarburanti, che sono attualmente utilizzati, come il mais bioetanolo, così come il mais è meno efficace nella conversione della luce solare in energia immagazzinata.

Altre forme di fotosintesi artificiale concentrati sull'idrogeno come possibile di carburante. I ricercatori di Harvard hanno recentemente introdotto una spettacolare versione di «bionico foglio», che può trasformare l'energia solare in idrogeno. Uno dei suoi principali vantaggi è che la sua efficacia sta crescendo rapidamente, se dargli «respirare» pulito anidride carbonica. Se vogliamo vivere in un futuro, in cui enormi quantità di biossido di carbonio sono estratti dall'atmosfera, ora ci sarà molto buono per la loro applicazione. Anche se ultimamente la gente non piace questa idea (termodinamica utilizzo di energia elettrica per la scissione dell'acqua in idrogeno e ossigeno non sempre perfetto), sono ancora in corso studi sul tema celle a combustibile per auto e idrogeno per riscaldare le case, soprattutto in Giappone.

Uno dei problemi associati con qualsiasi sforzo per la creazione di fotosintesi artificiale, è quello che più passi si sarà in corso di conversione, più energia viene persa per strada. L'uso di strumenti elettrificati con l'energia prodotta direttamente dal sole, sarà molto più efficace di qualsiasi schema per trasformare l'energia elettrica e il biossido di carbonio nel combustibile, che poi si bruciano per il recupero della quota diinput elettrico.

Inoltre, ambientale e un punto di vista pratico, la costruzione miliardi piante artificiali può essere molto meno fattibile, di semina per pochi ben scelti biocarburanti. D'altra parte, queste piante necessitano di un terreno buono, che si sta rapidamente deteriorando a causa agricolo di pressione. I biocarburanti già sospettato nell'uso del suolo, che potrebbero sfamare la crescente popolazione. Più di fotosintesi artificiale che si può vedere come queste piante prosperano nel deserto o anche in mare.

Come spesso accade, prendiamo ispirazione dalla natura — ma di capire il suo, sottomettere e anche migliorare rappresenta per noi il problema.