Un cercetător român de la Cambridge a inventat frunze artificiale care pot produce combustibil din apă şi lumină solară

De câţiva ani, grupul de cercetare al profesorului Erwin Reisner din Cambridge lucrează pentru a aborda problema energiei şi epuizarea combustibililor fosili în viitor prin căutarea de soluţii durabile şi alternative la benzină.

Grupul s-a axat pe principiile fotosintezei. În 2019, cercetătorii au dezvoltat o frunză artificială  care produce gaz de sinteză – un intermediar cheie în producţia multor substanţe chimice şi farmaceutice, chiar din lumina soarelui, dioxid de carbon şi apă.

„Frunzele artificiale ar putea reduce substanţial costul producţiei durabile de combustibil , dar, din moment ce sunt atât grele, cât şi fragile, sunt dificil de produs la scară şi de transport”, a spus dr. Virgil Andrei de la Departamentul de Chimie Yusuf Hamied din Cambridge , colaboratorul lucrării. "În acest studiu, noi demonstrăm că putem fabrică frunze artificiale subţiri, uşoare şi flexibile. Aceste frunze folosesc de 15 ori mai puţin material faţă de tehnologiile convenţionale, care aduce avantaje economice şi ecologice. În plus, panourile pot pluti pe suprafaţă apei ca o frunză de lotus, ceea ce înseamnă că nu concurăm cu agricultură sau terenul de locuit", a mai declarat Dr Virgil Andrei.

„Am vrut să vedem cât de mult putem reduce materialele pe care le folosesc aceste dispozitive, fără a le afecta performanţa”, a spus Reisner care a condus cercetarea. „Dacă putem tăia materialele suficient de mult încât să fie suficient de uşoare pentru a pluti, atunci apar noi modalităţi de utilizare a acestor frunze artificiale. 

Cercetătorii de la Universitatea din Cambridge au proiectat dispozitive ultra-subţiri, flexibile, care se inspiră din fotosinteză – procesul prin care plantele transformă lumina soarelui în hrană.

Deoarece dispozitivele autonome, cu costuri reduse, sunt suficient de uşoare pentru a pluti, ele ar putea fi folosite pentru a genera o alternativă durabilă la benzină fără a ocupa spaţiu pe uscat.

Testele în aer liber ale frunzelor uşoare de pe râul Cam au arătat că pot transforma lumina soarelui în combustibili la fel de eficient ca frunzele plantelor.

Este prima dată când se generează combustibil curat pe apă şi, dacă sunt extinse, frunzele artificiale ar putea fi folosite pe căile navigabile, în porturi sau chiar pe mare şi ar putea ajuta la reducerea dependenţei industriei maritime globale de combustibilii fosili. Rezultatele sunt raportate în revista Nature. 

Pentru noua versiune a frunzei artificiale, cercetătorii s-au inspirat din industria electronică unde tehnicile de miniaturizare au dus la crearea de smartphone-uri şi display-uri flexibile, revoluţionând domeniul.

Provocarea pentru cercetătorii de la Cambridge a fost cum să depună absorbanţii de lumină pe substraturi uşoare şi să le protejeze împotriva infiltraţiilor de apă. Pentru a depăşi aceste provocări, echipa a folosit oxizi de metal cu peliculă subţire şi materiale cunoscute sub numele de perovskiţi, care pot fi acoperite pe folii flexibile de plastic şi metal.

Dispozitivele au fost acoperite cu straturi subţiri şi micrometrice, hidrofuge, pe bază de carbon, care au prevenit degradarea cauzată de  umiditate.

E un dispozitiv care nu numai că funcţionează, dar arată şi ca o frunză adevărată.

„Acest studiu demonstrează că frunzele artificiale sunt compatibile cu tehnicile moderne de fabricaţie, reprezentând un pas timpuriu către automatizarea şi extinderea producţiei de combustibil solar. Fermele solare au devenit populare pentru producerea de energie electrică; ne imaginăm ferme similare pentru producerea combustibiluluir”, a spus Andrei.

Testele au arătat că noile frunze artificiale pot diviza apa în hidrogen şi oxigen sau pot reduce dioxidul de carbon într-un gaz de sinteză.