Oamenii de știință au dezvoltat un sistem de fotosinteză artificială care, în esență, se auto-reglează, eliminând nevoia de baterii folosite în multe dintre concepțiile actuale. Inovația cheie constă într-un electrolizor care se adaptează automat la lumina solară variabilă prin modificarea proprietăților sale electrice pe măsură ce se încălzește. Acest lucru menține producția de combustibil solar mai stabilă, reducând în același timp costul și complexitatea.
Sistemul de fotosinteză artificială produce acid formic din dioxid de carbon și apă. Imaginea din dreapta prezintă electrolizorul unic al grupului. Credit: Osaka Metropolitan University
Cercetătorii de la Osaka Metropolitan University au creat un nou sistem de fotosinteză artificială capabil să genereze combustibil solar mai constant, eliminând totodată necesitatea echipamentelor de control bazate pe baterii. Progresul provine din integrarea unui component chimic auto-reglabil direct în electrolizor, reducând atât complexitatea, cât și costul sistemului.
Similar fotosintezei naturale din plante, fotosinteza artificială utilizează lumina solară pentru a transforma apa și dioxidul de carbon în compuși bogați în energie. Un astfel de produs este acidul formic, o substanță chimică ce poate servi drept combustibil și o modalitate de stocare a energiei.
Cum produce fotosinteza artificială combustibil solar
În centrul acestor sisteme se află un electrolizor, care convertește electricitatea de la celulele solare în energie chimică. Această energie este apoi stocată sub formă de combustibili, cum ar fi acidul formic. O provocare majoră este menținerea unei funcționări eficiente atunci când lumina solară variază pe parcursul zilei.
Pentru a rezolva această problemă, multe sisteme de fotosinteză artificială utilizează Maximum Power Point Tracking (MPPT), o metodă care ajustează continuu tensiunea și curentul, astfel încât celulele solare să poată livra cea mai mare putere posibilă. Cu toate acestea, configurațiile convenționale MPPT depind, în general, de baterii și componente electronice suplimentare pentru a netezi fluxul de energie. Deși eficiente, aceste adăugări cresc atât costul, cât și complexitatea sistemului.
Electrolizorul auto-reglabil elimină bateriile
Pentru a depăși această limitare, o echipă condusă de profesorul asociat Yasuo Matsubara și profesorul Yutaka Amao de la Centrul de Cercetare pentru Fotosinteză Artificială de la Osaka Metropolitan University a colaborat cu Iida Group Holdings Co., Ltd. pentru a reproiecta electrolizorul însuși. Abordarea lor utilizează un electrolit solid special conceput, integrat direct în dispozitiv. Ca urmare, electrolizorul poate efectua automat funcția MPPT pe cont propriu, eliminând nevoia de sisteme de control bazate pe baterii.
În loc să se bazeze pe electronice externe, convertoare sau baterii, electrolizorul își ajustează caracteristicile electrice prin propriile proprietăți termice și de impedanță.
„Pe măsură ce lumina solară crește, electrolizorul se încălzește natural. Sistemul este conceput astfel încât această încălzire să scadă rezistența electrică, permițând electricității să curgă mai liber”, a explicat profesorul Amao. „Acest lucru determină sistemul să își ajusteze automat comportamentul electric.”
„Acest comportament auto-reglabil ajută la menținerea unei producții de combustibil mai stabile pe parcursul zilei și automatizează sistemul, reducând în același timp dependența de baterii și de componente externe costisitoare”, a adăugat el.
Producție stabilă de acid formic sub lumină solară reală
Când cercetătorii au testat tehnologia în condiții reale în aer liber, sistemul a produs constant acid formic din apă și CO2, chiar și atunci când nivelul luminii solare a fluctuat.
„Am fost încrezători că va avea succes, deoarece am prezentat anterior această cercetare la expoziția comună „Joint Pavilion Iida Group × Osaka Metropolitan University” ca parte a Osaka Kansai Expo 2025”, a declarat profesorul Matsubara. „A generat suficient acid formic pentru a alimenta un dioramă miniaturală din pavilion, demonstrând potențialul său ca sistem eficient de fotosinteză artificială care ar putea fi utilizat pentru a alimenta aplicații în casele noastre.”