Tutkijat säilöivät Auringon energiaa suoraan polttoaineeseen
Tutkijat ovat vuosia tehneet töitä pystyäkseen jäljittelemään kasvien kykyä muuntaa auringonvaloa energiaksi fotosynteesillä, koska se olisi valtava läpimurto, todellinen vihreä käänne energiatekniikassa.
Nyt Cambridgen huippuyliopistossa Britanniassa on löydetty tähän mennessä paras ratkaisu ongelmaan.
Uusi keksintö on niin sanottu "fotoarkki”, joka tuottaa hiilidioksidista, vedestä ja auringonvalosta happea ja muurahaishappoa. Muurahaishappo soveltuu polttoaineeksi, ja sitä on helppo varastoida.
Fotoarkin prototyyppi on kooltaan vain neljä kertaa viisi senttimetriä, mutta siitä voidaan tutkijoiden mukaan helposti valmistaa useiden neliömetrien laajuisia versioita ja se soveltuu siksi aurinkopuistoihin ja muihin isoihin järjestelmiin.
Muurahaishappoa voidaan käyttää sellaisenaankin polttoaineena. Se on nestemäistä ja sitä on helppoa säilyttää ja kuljettaa, mutta koska se sisältää vetyä, sitä voidaan myös muuntaa vetykaasuksi, joka sopii vaikkapa vetyautojen polttokennoihin.
Jäljittelee luonnon fotosynteesiä
Tavallisessa fotosynteesissä tapahtuu yksinkertaistetusti niin, että kasvi muuntaa auringonvalon energian, ilman hiilidioksidin ja maasta saadun veden hapeksi ja kemialliseksi energiaksi, joka varastoituu kasviin hiilihydraateista koostuvana biomassana eli sokereina.
Fotoarkki toimii lähes samalla tavalla, mutta sen tuottama kemiallinen energia varastoituu hiilihydraattien sijaan muurahaishappoon.
Fotoarkki koostuu 20 neliösenttimetrin kultalevystä, joka on pinnoitettu tietynlaisella jauheella. Pinnoite toimii fotokatalyyttinä, joka reagoi auringonvaloon. Levy on valmistettu kullasta, koska kulta kiihdyttää katalyysiä.
Kun fotoarkki kastellaan ja siihen osuu auringonvaloa, syntyy muurahaishappoa, joka voidaan muuntaa vihreäksi polttoaineeksi, vedyksi.
Kultalevy upotetaan veteen, ja kun auringonvalo osuu sen pinnoitteeseen, käynnistyy fotokatalyyttinen prosessi, jossa valon fotoneista irtoaa elektroneja. Tällöin syntyy vapaita radikaaleja eli atomeja, jotka reagoivat herkästi tarjolla olevaan veteen ja hiilidioksidiin, kunnes lopulta on jäljellä vain happea ja muurahaishappoa.
Muurahaishappo voidaan tämän jälkeen altistaa vielä toiselle katalyyttiselle prosessille, jossa se muuntuu vetykaasuksi.
Näin muurahaishappo muuntuu polttoaineeksi ja sähköksi:
Nestemäistä muurahaishappoa (CH2O2) varastoidaan säiliöissä. Säiliöistä sitä voidaan pumpata kennostoihin, joissa katalysaattorina toimiva platinametalleihin kuuluva rutenium muntaa muurahaishapon hiilidioksiksi ja vetykaasuksi. Kaasuilla voidaan käyttää polttokennoja ja tuottaa sähköä ja jäljelle jäävällä hiilidioksidilla voidaan tuottaa lisää muurahaishappoa. Muuten prosessissa syntyy päästöinä vain vettä.
Tästä voi tulla vihreä vedyn lähde
Vedyn on nykyisin vaikea kilpailla akkujen ja paristojen kanssa, joihin vihreää energiaa on helppo varastoida. Tämä johtuu muun muassa siitä, että vetyä tuotetaan nykyisin yleensä maakaasusta, mikä vaatii korkeaa lämpötilaa. Tuotanto vaatii paljon energiaa ja päästöinä syntyy suuria määriä hiilidioksidia.
Vedyn potentiaali on kuitenkin suuri. Kun vety muunnetaan polttokennossa sähköksi, ei synny muuta kuin vesihöyryä.
Jos uudesta fotoarkista saadaan niin tehokas, että sen massatuotanto kannattaa aloittaa, vetytalous voi mullistua. Keinotekoinen fotosynteesi ei nimittäin vaadi energian tuottamiseen kuin auringonvaloa, jolloin syntyvä vety on erittäin ympäristöystävällistä.
