Τεχνητό φύλλο καλύτερο από τα πραγματικά

Το δημιούργησαν ερευνητές στις ΗΠΑ και είναι 10 φορές πιο αποδοτικό από το φυσικό στη μετατροπή διοξειδίου του άνθρακα σε καύσιμο

Τα τεχνητά φύλλα μιμούνται τη φωτοσύνθεση – πρόκειται για τη διαδικασία κατά την οποία τα πράσινα φυτά και ορισμένοι άλλοι οργανισμοί μετασχηματίζουν τη φωτεινή ενέργεια σε χημική, δεσμεύοντας τη φωτεινή ενέργεια και χρησιμοποιώντας την για τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα και του νερού σε οξυγόνο και ενεργειακά πλούσιες οργανικές ενώσεις με κύριους τους υδατάνθρακες. Ωστόσο τα τεχνητά φύλλα που έχουν δημιουργηθεί ως σήμερα λειτουργούν μόνο σε εργαστηριακές συνθήκες καθώς κάνουν χρήση αποκλειστικώς καθαρού διοξειδίου του άνθρακα το οποίο βρίσκεται σε δεξαμενές υπό πίεση.

Στο τεχνητό αυτό φύλλο που δημιούργησαν ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ιλινόι το διοξείδιο του άνθρακα (κόκκινες και μαύρες μπάλες) εισέρχεται στο φύλλο καθώς το νερό (κόκκινες και λευκές μπάλες) εξατμίζεται από το κάτω μέρος του φύλλου. Ένα τεχνητό σύστημα φωτοσύνθεσης (μωβ κύκλος στο κέντρο του φύλλου) που αποτελείται από μια μονάδα απορρόφησης του φωτός καλυμμένη με καταλύτες μετατρέπει το διοξείδιο του άνθρακα σε μονοξείδιο του άνθρακα καθώς και το νερό σε οξυγόνο (απεικονίζεται με δύο κόκκινες μπάλες) χρησιμοποιώντας το φως του ήλιου

Βελτιωμένο για χρήση σε πραγματικές συνθήκες

Τώρα ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ιλινόι στο Σικάγο πιστεύουν ότι βρήκαν τον τρόπο ώστε να βγάλουν τα τεχνητά φύλλα από το εργαστήριο και να τα κάνουν να είναι αποδοτικά στο περιβάλλον. Δημιούργησαν, όπως ανέφεραν στην επιθεώρηση «ACS Sustainable Chemistry & Engineering», ένα βελτιωμένο τεχνητό φύλλο το οποίο μπορεί να χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα – ένα από τα ισχυρά αέρια του θερμοκηπίου – από τον αέρα και να είναι 10 φορές πιο αποτελεσματικό από τα φύλλα της… φύσης στη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε καύσιμο.

«Μέχρι τώρα όλα τα σχέδια τεχνητών φύλλων που έχουν δοκιμαστεί στο εργαστήριο χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα από δεξαμενές υπό πίεση. Ωστόσο, προκειμένου να ενσωματωθούν με επιτυχία στον πραγματικό κόσμο, αυτού του είδους οι συσκευές χρειάζεται να «τραβούν» διοξείδιο του άνθρακα από πηγές όπου εντοπίζεται σε πολύ μεγαλύτερη αραίωση, όπως είναι ο αέρας και τα καπναέρια τα οποία εκπέμπονται από τις μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που κάνουν χρήση άνθρακα» ανέφερε ο Μίνες Σινγκ, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου του Ιλινόι που ήταν και επικεφαλής της μελέτης.

Η διάφανη κάψουλα που κάνει τη διαφορά

Ο δρ Σινγκ και οι συνεργάτες του έκλεισαν λοιπόν ένα συμβατικό τεχνητό φύλλο μέσα σε μια διάφανη κάψουλα η οποία ήταν φτιαγμένη από ημι-διαπερατή μεμβράνη που αποτελούνταν από ρητίνη τεταρτοταγούς αμμωνίου και ήταν γεμάτη με νερό. Η μεμβράνη αυτή επιτρέπει στο νερό που βρίσκεται μέσα στο φύλλο να εξατμίζεται προς τα έξω όταν ζεσταίνεται από το φως του ήλιου. Καθώς το νερό περνά μέσα από τη μεμβράνη για να βγει προς τα έξω τραβά μέσα σε αυτή επιλεκτικά το διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα.

Η τεχνητή μονάδα φωτοσύνθεσης που βρίσκεται μέσα στην κάψουλα αποτελείται από ένα σύστημα απορρόφησης του φωτός που είναι καλυμμένο με καταλύτες οι οποίοι μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα σε μονοξείδιο του άνθρακα – το τελευταίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βάση για τη δημιουργία διαφορετικών συνθετικών καυσίμων. Κατά τη διαδικασία παράγεται επίσης οξυγόνο που μπορεί είτε να συλλεχθεί είτε να εκλυθεί στο περιβάλλον.

Σύμφωνα με τον καθηγητή Σινγκ, η μέθοδος αυτή επιτρέπει για πρώτη φορά στα τεχνητά φύλλα να λειτουργήσουν στο περιβάλλον όπως ένα φυσικό φύλλο.

Μείωση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα

Οι υπολογισμοί της ερευνητικής ομάδας δείχνουν ότι 360 τέτοια τεχνητά φύλλα με μήκος 1,7 μέτρα και πλάτος 0,2 μέτρα το καθένα μπορούν να παραγάγουν σχεδόν μισό τόνο μονοξειδίου του άνθρακα ημερησίως, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως βάση για συνθετικά καύσιμα. Επίσης, τα 360 αυτά φύλλα τα οποία θα καλύπτουν περιοχή 500 τετραγωνικών μέτρων, μπορούν να μειώσουν τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα κατά 10% σε ακτίνα 100 μέτρων από την περιοχή όπου είναι τοποθετημένα μέσα σε μία ημέρα.

Ο δρ Σινγκ κατέληξε τονίζοντας ότι το τεχνητό φύλλο που δημιούργησε με την ομάδα του βασίζεται σε διαθέσιμα υλικά και τεχνολογίες και μπορεί να βοηθήσει σημαντικά στη μείωση των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα.