Studiuesit kanë bërë një hap të jashtëzakonshëm drejt zgjidhjeve të qëndrueshme të energjisë pasi zhvilluan një gjethe artificiale të aftë për të shndërruar dioksidin e karbonit në lëndë djegëse të lëngshme dhe kimikate të tjera të vlefshme duke përdorur vetëm rrezet e diellit.
Ekipi i ekspertëve nga Laboratori Kombëtar Lawrence Berkeley i Departamentit të Energjisë (Berkeley Lab) dhe bashkëpunëtorët e tyre ndërkombëtarë e sollën shkencën një hap më pranë përsëritjes së produktivitetit të jashtëzakonshëm të fotosintezës natyrore, por me potencialin e shtuar për aplikim në shkallë industriale.
Duke shfrytëzuar fuqinë katalitike të bakrit së bashku me perovskitin – një mineral oksidi kalciumi-titaniumi që përdoret gjerësisht në panelet diellore – ata zhvilluan një sistem të pavarur që kap rrezet e diellit dhe shndërron dioksidin e karbonit (CO₂) në molekula karbon-karbon (C2).
Këto molekula C2 – një kimikat inorganik i gjelbër, i gaztë i njohur gjithashtu si karboni diatomik – janë blloqe ndërtimi thelbësore për industri të ndryshme, duke përfshirë prodhimin e karburantit dhe plastikës.
Si pjesë e Aleancës Liquid Sunlight (LiSA), një iniciativë e financuar nga Departamenti i Energjisë, e udhëhequr nga Caltech në partneritet të ngushtë me Berkeley Lab, projekti bazohet në ekspertizën e mbi 100 shkencëtarëve nga institucionet duke përfshirë SLAC, Laboratorin Kombëtar të Energjisë së Rinovueshme, UC Irvine, UC San Diego dhe Universitetin e Oregon. Për të çuar më tej misionin e saj, LiSA synon të avancojë teknologjitë që kthejnë rrezet e diellit, CO₂ dhe ujin në lëndë djegëse.
“Natyra ishte frymëzimi ynë,” tha Peidong Yang, PhD, një shkencëtar i lartë i fakultetit në divizionin e shkencave materiale të Berkeley Lab dhe profesor i kimisë dhe shkencës dhe inxhinierisë materiale në UC Berkeley.
“Na duhej të punonim fillimisht në komponentët individualë, por kur mblodhëm gjithçka dhe kuptuam se ishte i suksesshëm, ishte një moment shumë emocionues.”
Yang dhe ekipi i tij ndoqën proceset natyrore në gjethen e një bime për të ndërtuar pajisjen me madhësi të pullës postare që imiton mënyrën se si bimët e gjelbra marrin energji nga dielli. Megjithatë, në vend të klorofilit – një përbërës natyral i gjetur në bimët e gjelbra që u jep atyre ngjyrën dhe luan një rol kyç në procesin e fotosintezës – shkencëtarët përdorën fotoabsorbues të perovskitit të halogjenit të plumbit për të kapur rrezet e diellit.
Këta u bashkuan me elektrokatalistë bakri të projektuar mirë – të krijuar për t’u ngjan luleve të vogla – për të nxitur reaksione kimike. Thuhet se elektrokatalizatorët u frymëzuan nga enzimat që rregullojnë fotosintezën në natyrë. Yang shpjegoi se si çdo përbërës individual i elementeve fotosintezuese të një gjetheje duhej të përsëritej dhe rafinohej me kujdes.
Edhe pse eksperimente të tjera kanë arritur fotosintezë artificiale duke përdorur materiale biologjike, ekipi i Yang zgjodhi bakrin, një material inorganik me selektivitet më të ulët për reaksionet kimike të dëshiruara sesa katalizatorët biologjikë. Megjithatë, bakri ofron avantazhe të rëndësishme, të tilla si qëndrueshmëri më e madhe, stabilitet dhe jetëgjatësi më e gjatë operative, të gjitha kritike për shkallëzimin e aplikimeve të ardhshme.
Ndërsa ekspertët e LiSA zhvilluan komponentët e katodës dhe anodës së pajisjes, integrimi me kontaktet metalike u krye duke përdorur instrumente në Berkeley Lab’s Molecular Foundry. Gjatë testimit, një simulator diellor që përsërit rrezet e diellit të vazhdueshme tregoi se sistemi mund të konvertonte në mënyrë efikase CO₂ në molekula karbon-karbon (C2), blloqe ndërtimi thelbësore për një gamë të gjerë industrish.
Duke u mbështetur në përparimet e mëparshme, shkencëtarët shkaktuan me sukses një reaksion oksidimi organik në dhomën e fotoanodës ndërsa prodhonin molekula C2 në dhomën e fotokatodës. Kjo arritje rezultoi në një arkitekturë realiste me gjethe artificiale, e kondensuar në një pajisje me madhësinë e një pulle postare, që konverton CO₂ në molekula C2 duke përdorur vetëm rrezet e diellit.
Ekipi tha se aftësia e gjethes artificiale për të prodhuar kimikate C2 mund të çojë së shpejti në përbërës paraprakë për industritë që prodhojnë produkte thelbësore, nga polimeret plastike te karburantet për transport të rëndë si aeroplanët, të cilat mbeten të vështira për t’u elektrizuar. Yang dhe ekipi i tij shpresojnë të përmirësojnë efikasitetin e sistemit dhe të zgjerojnë madhësinë e pajisjes, duke iu afruar shkallëzimit të teknologjisë për përdorim praktik.
(A.A/)
and then