Pomimo intensywnie prowadzonych badań dotyczących fotokatalitycznej produkcji wodoru, nadal wiele istotnych kwestii pozostaje nierozwiązanych. Istniejące systemy wciąż ceną są drogie, gdyż są oparte o metale szlachetne, np. platynę. Są też krótkotrwałe, co wynika m.in. z rozkładu katalizatora w wyniku reakcji ubocznych. Największą trudnością dla badaczy jest odnalezienie takiego katalizatora, czyli cząsteczki, która tę pracę będzie wykonywała wielokrotnie i sama nie będzie się rozkładała. Dr Andrałojć szuka katalizatora opartego o kobalt - pierwiastek występujący w naturalnych minerałach, jak smaltyn i kobaltyn, w zdecydowanie większych ilościach niż występuje w przyrodzie platyna.

Autor koncepcji sztucznego liścia - prof. Daniel Nocera, który jest specjalistą z tej dziedziny z Harvardu, wykazał, że wystarczy postawić próbkę zawierającą krzemowy półprzewodnik i katalizator kobaltowy na oknie, a zwyczajne światło słoneczne spowoduje, że z wody zaczną się wydostawać pęcherzyki tlenu i wodoru. Wydajność sztucznego liścia prof. Nocery wynosi 4,7 proc. i niestety jest za mała, aby jego produkcja była opłacalna. Dlatego wyścig naukowców wciąż trwa.

Gdyby uczonym udało się znaleźć tani i wydajny katalizator, fotoreaktory mogłyby znaleźć się w naszych domach. Jaka byłaby różnica między nową technologią a powszechnymi dziś panelami słonecznymi?

„Dzięki panelom otrzymujemy prąd bezpośrednio z promieniowania słonecznego. Natomiast idea otrzymywania paliwa ze słońca jest o tyle inna, że otrzymujemy surowiec, który możemy magazynować i transportować i używać wtedy, kiedy potrzebujemy. Jeśli słońca nie ma, wówczas z paneli słonecznych nie uzyskamy energii. Natomiast w koncepcji uzyskiwania paliwa, jakim jest wodór, z energii słonecznej, możemy używać go wtedy, kiedy potrzebujemy” - wyjaśnia rozmówczyni PAP.

Uczeni patrzą w przyszłość z optymizmem i snują plany na wypadek, gdyby naukowa fikcja stała się faktem. Jedna z koncepcji mówi o tym, żeby każdy dom, również w krajach Trzeciego Świata był zaopatrzony w taki fotoreaktor. Naukowcy dostrzegają podwójną korzyść. Po pierwsze ludzie zyskaliby dostęp do energii, a wyniku spalania wodoru otrzymaliby czystą wodę.

„W niektórych rejonach świata dostęp do wody pitnej jest ograniczony. Teoretycznie byłoby możliwe połączenie tych dwóch rzeczy, czyli przemiany brudnej wody w czystą z wytworzeniem wodoru. Szanse są, niektórzy optymiści twierdzą, że w ciągu najbliższych 10 lat są w stanie wprowadzić tę technologię na rynek” – mówi dr Andrałojć.

Badaczka kieruje grantem Sonata (z Narodowego Centrum Nauki). Jej grupa badawcza próbuje znaleźć idealny układ do sztucznej fotosyntezy. Badacze używają barwników ksantenowych i porfirynowych i skupiają się na różnych katalizatorach kobaltowych. Dla zwiększenia wydajności procesu cały układ stworzono na podbudowie z tlenku grafenu.

„Grafen ma fantastyczne właściwości do przenoszenia elektronów. Na takim podłożu bardziej wydajne będzie przeniesienie elektronu, a tym samym bardziej wydajna reakcja wytworzenia wodoru" - mówi badaczka.

Współwykonawcą grantu jest dr Aleksandra Wójcik, prof. Andreas Grohmann z Berlina, który jest odpowiedzialny za syntezę związków kobaltu. Dr Andrałojć jest też laureatką stypendium Start FNP. Ze środków z tego stypendium wyjechała na Kalifornijski Uniwersytet Techniczny, gdzie prowadzi swoje badania nad katalizatorami kobaltowymi.

PAP – Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl