Umělé listí z Harvardu možná představuje budoucnost energetiky

Vědci z Harvardu rozpracovali nový způsob ukládání solární energie. Vědcům se podle vlastních slov podařilo vyvinout “umělý list, “ který přetváří sluneční světlo na tekuté palivo.

Slunce je velmi slibný a z lidského hlediska nevyčerpatelný zdroj energie. Na metr čtvereční dopadne v České republice ročně průměrně 1 MWh sluneční energie. Ve Španělsku to je už dvakrát tolik a v některých částech amerického Texasu hodnota dosahuje až 2,8 MWh ročně.

Jak ale tuto energii efektivně zachytit a nejlépe uložit? Klasické fotovoltaické solární články vyrábějí elektrickou energii, kterou lze přímo spotřebovat nebo posílat do sítě. Opravdu ideální je však elektrickou energii uložit a použít později, třeba při zatažené obloze, v noci nebo v zimním období.

Solární energie na horší časy

Elektrickou energii lze ukládat do baterií. Současné baterie jsou však (mimo jiné) velké, těžké a nesmírně drahé.   I když se objevují zajímavé technologie slibující průlom na poli baterií, současná cena nejlepších lithiových baterií se pohybuje kolem 200 dolarů za 1 kWh kapacity, reálně ale mnohem výše. Přitom solární elektrárny mají okamžitý špičkový výkon až několik desítek MW.

Další možností je stavět koncentrační solární elektrárny. Jde o systém, kdy množství zrcadel koncentruje sluneční paprsky do obřího zásobníku. V zásobníku se nejčastěji nachází směsi solí, které se ohřívají na teplotu několik stovek stupňů Celsia.

Rozžhavená sůl pak přes tepelný výměník mění vodu na páru, ta následně roztáčí generátor elektrické energie. Tepelná energie ze zásobníků přitom vydrží pohánět elektrárnu i v noci. Samozřejmě podobné elektrárny nelze stavět všude. Vždyť koncentrační solární elektrárny mohou zabírat i několik stovek hektarů půdy a vyžadují příhodné klimatické podmínky.

Solární energii lze také použít k výrobě vodíku (a to hned několika způsoby). Nejlehčí chemický prvek lze dlouhodobě skladovat, přepravovat a následně použít pro výrobu elektrické energie v palivových článcích.

Problémem však je reaktivnost vodíku. Infrastruktura pro výrobu, skladování, dopravu a čerpání vodíku je tak velmi drahá a komplikovaná – především díky bezpečnostním rizikům. Přesto v současnosti řada zemí i společností výstavbu vodíkové infrastruktury podporuje.

Umělý list z Hardvardu

Vědci z Hardvaru však přišli se zcela novým konceptem využívání solární energie. I když ve skutečnosti ne tak novým, podobný princip znají rostliny doslova již miliardy let. Místo solárních koncentračních nebo fotovoltaických elektráren navrhují vědci využívat takzvané “umělé listy“. Jde o zařízení, kde pomocí speciálního katalyzátoru a solární energie probíhá fotokatalytické a fotoelektrochemické štěpení vody.

Fotokatalytické nebo fotoelektrochemické štěpení vody má podobnost s fotosyntézou, která probíhá v zelených rostlinách, proto se také považuje za umělou fotosyntézu. Proces je znám již od roku 1972. Vodík je v umělém listu přiveden k bakteriím rodu Ralstonia eutropha. Bakterie pak vodík společně s oxidem uhličitým využívají k výrobě isopropylalkoholu. Jde o bezbarvou a vysoce hořlavou látku použitelnou jako palivo.  Na rozdíl od vodíku lze isopropylalkohol velmi snadno skladovat a přepravovat.

„Jde o důkaz, že můžete využít solární energii a ukládat ji do kapalného paliva,“ řekla Pamela Silver, členka výzkumného týmu.  Podle výzkumnice z Harvardovy univerzity je cílem vytvořit velmi jednoduchý systém, který půjde snadno použít na celém světě.

“Výhodným propojením anorganického katalyzátoru a biologie získáte bezprecedentní platformu pro chemickou syntézu, kterou vám samotné anorganické katalyzátory nemohou poskytnout,“ říká Brendan Colón, spoluautor objevu.

Tým nyní pracuje na zefektivnění práce katalyzátoru a bakterií. Cílem je dosáhnout účinnosti přeměny energie 5 procent. Připomeňme, že podobný přírodní proces, fotosyntéza, dosahuje účinnosti jednoho procenta.

“Dosahujeme účinnosti téměř 1 % přeměny solární energie na isopropylalkohol,“ popisuje současný stav výzkumu a vývoje Daniel Nocera, jedna z hlavních postav objevu.  “Přírodě trvalo 2,6 miliardy let, než dosáhla jednoprocentní účinnosti, nám se to podařilo za jeden a půl roku,“ dodává poněkud neskromně Nocera.

V západní civilizaci podobný způsob ukládání solární energie příliš uplatnění zřejmě nenajde. Velmi zajímavý však může být pro rozvojové země, stejné tak pro odloučené lidské komunity, například na ostrovech.

Jan Grohmann, Armádní noviny