Zvětšit obrázek

Daniel G. Nocera, profesor z katedry energetiky na MIT, vyvinul jednoduchou metodu k usnadnění rozdělení molekul vody, kterýžto objev dláždí cestu k širokému využití solární energie. (Foto: Donna Coveney)

Až dosud byla sluneční energie dostupným zdrojem elektřiny pouze během dne, protože uchování přebytku vyrobené energie pro pozdější využití je příliš drahé a tedy velmi neefektivní. Tato situace se možná změní po oznámení vědců z MIT, že přišli na jednoduchý, nenákladný a vysoce účinný proces „skladování“ solární energie.

Tento objev by mohl zpřístupnit nejmocnější čistý zdroj energie: Slunce. „To je nirvánou, o které jsme léta hovořili,“ říká profesor energetiky Daniel Nocera z MIT, který je hlavním autorem dokumentu popisujícím tuto práci v červencovém vydání časopisu Science. „Využití solární energie bylo vždy něčím limitováno a řešení se zdálo v nedohlednu. Nyní můžeme seriózně uvažovat o solární energii, jako o neomezeném zdroji a jeho brzkém širším využití.“

Inspirováni fotosyntézou předváděnou rostlinami vyvinuli Daniel Nocera a Matthew Kanan, postgraduální student v Nocerově laboratoři, proces, který umožní, aby sluneční energie byla využita k rozložení vody na vodík a kyslík, které by později mohly být opět sloučeny v palivovém článku, při čemž by se vytvořila „čistá“ elektřina pro potřeby vašeho domu nebo třeba elektromobilu, a to nejen ve dne, ale zejména v noci.

Klíčovým komponentem Nocerova a Kananova objevu je nový katalyzátor, který usnadňuje produkci kyslíku z vody a jiný katalyzátor podílející se na produkci vodíku. Nový katalyzátor se skládá z kobaltu a fosforečnanu na elektrodě. Když elektřina – ať už z fotovoltaického článku, větrné turbíny nebo jakéhokoliv jiného „nestálého“ zdroje – prochází přes elektrodu ponořenou ve vodě, kobalt a fosforečnan tvořící tenký film na elektrodě umožňuje snadněji vyrábět plynný kyslík.

Zvětšit obrázek

Nově vyvinutý katalyzátor s jehož pomocí je z vody produkován kyslík. Jiný katalyzátor se používá k výrobě vodíku. Následně mohou být kyslík a vodík opět sloučeny uvnitř palivového článku, čímž se vytvoří čistá elektřina k zásobení domu nebo elektromobilu.(Foto: Tom White, MIT)

Kombinací s dalším katalyzátorem, jakým je například platina na druhé elektrodě, lze z vody produkovat vodík, čímž může systém velmi vzdáleně napodobit reakci rozkladu vody, která se objevuje v průběhu fotosyntézy.
Nový katalyzátor má samé výhody: funguje při pokojové teplotě, neutrálním pH vody a je jednoduchý. Nocera o něm řekl: „Důvodem, proč jsem přesvědčen, že to bude fungovat, je snadnost provedení.“

„Obří skok“ v čistých energiích
„Sluneční světlo je nejsilnějším zdrojem energie, který máme k dispozici k vyřešení světových energetických problémů,“ řekl Nocera. „Za hodinu dopadne na Zem tolik slunečních paprsků, že by dokázaly zabezpečit energetickou spotřebu lidstva na celý rok.“

James Barber, profesor biochemie na Imperial College London, který vede studie fotosyntézy, sice nebyl zapojen do tohoto výzkumu, který Nocera a Kanan nazvali „obřím skokem“ k výrobě čisté energie technologií nezatěžující životní prostředí v masivním měřítku, řekl: „Tohle je velký objev s enormním dosahem pro budoucí prosperitu lidstva, protože otevírá dveře pro vývoj nových technologií k výrobě energie, a může pomoci snižovat naší závislost na fosilních palivech.“

Je to teprve začátek

Zvětšit obrázek

S nově vyvinutým katalyzátorem Nocery a Kanana mohou majitelé domů použít ve dne solární panely k zásobení svého domu energií, zatímco také používají energii k elektrolýze vody na vodík a kyslík „do zásoby“. V noci, kdy jsou solární panely nečinné, by skladovaný vodík a kyslík mohl být použit k výrobě energie.. (Schéma: Patrick Gillooly, MIT)

V současnosti dostupné průmyslově využívané elektrolyzéry nejsou vhodné pro „umělou fotosyntézu“, protože jsou velmi drahé a vyžadují prostředí, které má málo co do činění s podmínkami, ve kterých probíhá fotosyntéza.
Je potřeba udělat ještě spoustu technické práce, aby se tento nový objev integroval do existujících fotovoltaických systémů, ale Nocera se netají vírou v to, že takové systémy se stanou realitou. „Tohle je teprve začátek,“ řekl Nocera, šéf výzkumu v projektu Solar Revolution financovaného Chesonis Family Foundation a spoluředitel Eni-MIT Solar Frontiers Center. „Vědecká obec se opravdu dává do pohybu.“

Nocera doufá, že do 10 let budou majitelé domů schopní zásobit své domy energií v průběhu dne prostřednictvím fotovoltaických článků, zatímco nadbytek solární energie využívá k výrobě vodíku a kyslíku k pohánění vlastních domácích palivových článků. Elektřina složitě dopravovaná „po drátě“ z velikého centrálního zdroje by mohla být považována za přežitek minulosti.

Tento projekt je součástí programu MIT Energy Initiative (MITEI), který je vytvořen proto, aby pomohl transformovat globální energetický systém, který by splňoval potřeby budoucnosti a pomohl postavit „most do budoucnosti“ zlepšením dnešních energetických systémů. Ernest Moniz, ředitel programu MITEI a profesor fyzikálních a technických systémů, poznamenal: „Tento objev z Nocerovy laboratoře demonstruje, že postoupení v přeměně našeho systému energetického zásobování k jinému, založenému na obnovitelných zdrojích bude silně záviset na možnostech a hranicích základního výzkumu.“

 
Video: Daniel G. Nocera, popisuje svůj objev:

Click To Play

Zdroj: Massachusetts Institute of Technology