A mesterséges fotoszintézisről cikkeznek az SZTE kutatói

A „mesterséges fotoszintézis” vegyipari hasznosításáról publikáltak cikket a Nature Catalysis folyóiratában a Szegedi Tudományegyetem (SZTE) kutatói, Janáky Csaba és munkatársai.

A cikk szerint számos kémiai anyag költséghatékonyabban állítható elő elektrokémiai úton, különösen, ha napenergia felhasználásával, és ipari szempontból kevésbé hasznos, nagy mennyiségben keletkező melléktermék átalakításával történik. Janáky kifejtette, a napenergia kémiai energiává való átalakításának három nagy csoportja létezik. A skála egyik szélén áll a természetes fotoszintézis, a másikon pedig az, amikor napelemmel termelnek áramot, amivel különböző elektrokémiai folyamatokat hajtanak végre. A kettő között félúton vannak a fotoelektrokémiai módszerek, ezekben is félvezetőt alkalmaznak, mint a napelemeknél, de nem áramot termelnek vele, hanem azt érik el, hogy intenzív megvilágítás hatására a fotoszintézishez hasonló kémiai reakciók játszódjanak le a felületén.

A szegedi szakemberek – köztük a cikk első szerzője, Balog Ádám – két és fél éves úttörő kutatásukban két nagy értékű elektrokémiai folyamatot párosítottak egymással. Egy saját fejlesztésű elektrokémiai cellában a Nap fényerősségét tízszeresen meghaladó megvilágítással fotoelektrokémiai úton alakították át hasznos nyersanyagokká a biodízelgyártás melléktermékét, a glicerint, valamint ugyanabban a cellában szén-monoxiddá redukálták a szén-dioxidot. A kutatók az elektrokémiai cella kialakítása során arra törekedtek, hogy az anódon és a katódon végbemenő két reakciót térben elkülönítsék egymástól, valamint az átalakítani kívánt glicerin oldatát folyamatosan áramoltatva táplálják be a cellába. Így nem utólag kell szétválasztani a két elektródon képződő termékeket, hanem ezek akár egyből fel is használhatók.

Megsokszoroznák a megvilágítás erősségét

A glicerinoxidáció különféle termékeket, például hangyasavat, tejsavat, glicerin-aldehidet, dihidroxi-acetont eredményezhet, és ezek közül mindegyiknek megvan a maga piaca. Az ipari alkalmazhatóság érdekében a kutatás arra is kiterjedt, hogy a folyamat végén ne tíz komponensből álló keveréket kapjanak, hanem minél szelektívebben tudják létrehozni a termékek valamelyikét. Az SZTE kutatói azt is megmutatták, hogy a glicerin oxidációjának termékeloszlása azonos áramsűrűség mellett a fotoelektrokémiai forgatókönyvben egészen más, mint a hagyományos elektrokémiai folyamatban; előbbiben ugyanis nagyobb termékszelektivitás érhető el.

A szakemberek a jövőben arra törekszenek, hogy megsokszorozzák a megvilágítás erősségét. Jelenleg folyik a beszerzése egy nagyobb teljesítményű napfényszimulátornak, amivel már ötven Napnak megfelelő intenzitást is el tudnak érni. Ez további kihívásokkal jár együtt, hiszen a cella erős melegedésével kell majd számolni, és a hőmérséklet a fotoelektród stabilitását, de mint ahogy az eddigi eredmények mutatják, magát a szelektivitást is befolyásolja.