Światowy rekord wydajności sztucznej fotosyntezy

Schemat sztucznej fotosyntezy

Firma Panasonic opracowała system sztucznej fotosyntezy, w którym dwutlenek węgla jest przekształcany do związków organicznych przy udziale światła z najwyższą na świecie wydajnością wynoszącą 0,2%, co jest wartością zbliżoną do osiąganej przez rośliny używane do produkcji biomasy. Nowy system będzie można wykorzystać do przechwytywania dwutlenku węgla z atmosfery.

Do tak dużej wydajności doprowadziło głównie zastosowanie półprzewodnika azotkowego, który upraszcza budowę systemu. Aby działał, konieczne jest światło słoneczne lub skupione sztuczne światło. Dotychczas stosowane rozwiązania oparte są na skomplikowanych strukturach kompleksów organicznych i układach fotoelektrod, gdzie trudno jest zwiększać wydajność fotosyntezy.

Podczas prac nad nowym systemem fotosyntezy w pierwszej kolejności zauważono, że półprzewodnik azotkowy ma możliwość wzbudzania elektronów do wystarczająco wysokiej energii, aby umożliwić reakcję redukcji CO2. W ostatnim czasie zwrócono również uwagę na potencjalne zastosowanie półprzewodników azotkowych w urządzaniach optycznych i energetycznych oraz jako cienkich fotoelektrod do redukcji CO2.

Reakcja redukcji CO2 zachodzi na metalowym katalizatorze umieszczonym na azotkowej półprzewodnikowej fotoelektrodzie. Katalizator działa selektywnie i przyspiesza reakcję. System składa się tylko materiałów nieorganicznych, które są w stanie redukować CO2 przy małych stratach energii, a ilość produktów reakcji jest proporcjonalna do mocy światła. W bardziej skomplikowanych systemach z udziałem cząsteczek organicznych szybkość reakcji jest limitowana szybkością zachodzenia procesów pośrednich.

Opracowany system generuje głównie kwas mrówkowy z CO2 i wody przy udziale światła z najwyższą na świecie wydajnością 0,2%, co pozwala na porównywanie go z fotosyntezą roślinną. Natomiast efekt reakcji - kwas mrówkowy - jest jedną z najważniejszych substancji stosowanych w przemyśle do produkcji barwników i perfum.

(pj)