Svetovna energetska kriza se poglablja, saj svetovno prebivalstvo raste, industrijska proizvodnja pa narašča. Povpraševanje po energiji hitro narašča, medtem ko se primarni fosilni viri energije (nafta in plin) postopoma izčrpavajo. Poleg tega neomejena uporaba tradicionalnih virov energije povzroča resne okoljske grožnje, kot sta zmanjševanje biotske raznovrstnosti in globalno segrevanje. Zato je nujno potrebno fosilna goriva nadomestiti s trajnostnimi obnovljivimi viri energije.
Med alternativnimi viri energije so sončna, vetrna, vodna in jedrska energija. Pomemben in obetaven vir energije je tudi vodik. Vodik ima velik potencial zaradi svoje visoke specifične energetske intenzivnosti in številčnosti ter možnosti ogljično nevtralne proizvodnje.
Inovativen pristop k proizvodnji vodika
Vodik se tradicionalno proizvaja s termo-kemičnimi procesi iz fosilnih goriv ali obnovljivih virov energije. Pogosta metoda pridobivanja t.i. zelenega vodika je elektroliza vode, proces, pri katerem se z električnim tokom vodne molekule razgradijo na vodik in kisik. Kljub prednostim ima elektroliza tudi omejitve. Ena izmed glavnih slabosti je njena relativna nizka energetska učinkovitost, saj trenutno pokriva le 4 % svetovne proizvodnje vodika. Razvoj stabilnih in učinkovitih elektrokatalizatorjev še vedno ostaja izziv za raziskovalce.
Zaradi teh omejitev postaja razvoj trajnostnih in okolju prijaznih metod za proizvodnjo vodika prednostna naloga. Umetna fotosinteza tako predstavlja inovativen pristop na tem področju.
Kaj je umetna fotosinteza?
Umetna fotosinteza ponuja trajnostno metodo za proizvodnjo vodika in električne energije s posnemanjem naravnih fotosintetskih procesov. Rastline za pridobivanje energije uporabljajo proces fotosinteze, pri katerem iz okolja absorbirajo ogljikov dioksid in ga s pomočjo sončne svetlobe pretvorijo v sladkorje, ki jih potrebujejo za rast.
Znanstveniki si prizadevajo posnemati proces fotosinteze in izkoristiti sončno energijo na nov, učinkovit in okolju prijazen način. Raziskave umetne fotosinteze so že prinesle zanimive rezultate.
Prva uspešna proizvodnja vodika s pomočjo umetne fotosinteze je bila prvič objavljena leta 2000, čeprav so bile raziskave že pred tem v fazi načrtovanja. Raziskovalci so se pri tem zanašali na učinek Honda-Fujishima, odkrit leta 1953, ki uporablja titanov dioksid kot fotokatalizator. Fotokatalizator pospešuje kemijske reakcije, ki se nanašajo na svetlobo in v tem primeru energijo.
Na področju umetne fotosinteze se še vedno izvajajo raziskave, predvsem na področju iskanja boljših katalizatorjev in mehanizmov za prenos energije. Čeprav umetna fotosinteza trenutno še ni najbolj učinkovita metoda proizvodnje energije, pa zaradi potencialno visokega energijskega donosa, nizkih proizvodnih stroškov in nizkega okoljskega vpliva vzbuja veliko zanimanja. Če bi tehnologijo umetne fotosinteze uspeli narediti dostopno in zanesljivo, bi se svetovna odvisnost od neobnovljivih fosilih goriv občutno zmanjšala.
Kako deluje umetna fotosinteza?
Umetna fotosinteza posnema naravne biološke procese, saj svetlobno energijo uporablja za kataliziranje fotokemične razgradnje vode na vodik in kisik. Ta tehnologija ima potencial za zmanjšanje energetske krize in okoljskega bremena. Vendar velja omeniti, da je učinkovitost pretvorbe svetlobne energije v kemično vodikovo energijo v teh sistemih še vedno predmet intenzivnih raziskav in razvoja.
Umetna fotosinteza predstavlja izjemno priložnost za trajnostno proizvodnjo energije in shranjevanje vodika. Čeprav je tehnologija še vedno v razvoju, prinaša obetajoče rešitve, ki bi lahko pomembno prispevale k zmanjšanju odvisnosti od fosilnih goriv ter zmanjšanju vpliva na okolje. Uspešen razvoj in komercializacija te tehnologije bi lahko pomenila prelomnico v prihodnosti energetike ter postavila temelje za zeleni prehod k nizkoogljični družbi.
Avtor: M.B.
Vir: sciencedirect.com; YouTube
Viri slik: Freepik
