Jis vadovauja mokslininkų komandai, mėginančiai rasti būdų įsisavinti šiai atliekamai energijai.
Nors pastaraisiais metais didžiulę pažangą įgyvendino saulės kolektoriai, tapę pigesni ir efektyvesni, jie visgi tik tiekia elektrą, bet ne kaupiamąjį skystąjį kurą, kurio paklausa tebėra didžiulė.
Siūlo atsigręžti į gamtą
„Pažvelgus į bendrą pasaulinę energetikos situaciją ir poreikius, matyti, kad elektra padengia gal tik 20–25 proc. energijos poreikio, tad kyla klausimas, ką darysime, kai tie 25 proc. jau bus padengti“, – dėsto profesorius E. Reisneris.
Jo siūlomas atsakymas – atsigręžti į gamtą. „Augalai mums yra milžiniškas įkvėpimo šaltinis, juk jie per milijonus metų išmoko pasisavinti Saulės šviesą ir kaupti energiją jos nešikliuose“, – aiškina mokslininkas.
„Aš neabejoju, kad dirbtinė fotosintezė per artimiausius du dešimtmečius prisidės prie energetikos situacijos gerinimo“, – teigia E. Reisneris.
Atlikdami fotosintezę, augalai, iš aplinkos paimdami vandenį ir anglies dioksidą, panaudoja Saulės energiją ir paverčia šias žaliavas jų augimui reikalingais angliavandeniais.
„Siekiame atkartoti šį procesą, tačiau nenorime gaminti angliavandenių, nes iš jų išgaunamas kuras yra prastas, tad užuot gaminę angliavandenius mėginame sukurti lengviau ir greičiau panaudojamą medžiagą“, – pasakoja E. Reisneris.
Iš augalų – vandenilinis kuras
Kaip rašo bbc.com, šiuo atveju egzistuoja papildoma problema: augalų atliekamo fotosintezės proceso efektyvumas iš tiesų nėra labai puikus – kuru paverčiami tik maždaug vienas ar du procentai Saulės energijos. Jungtinių Valstijų energetikos departamentas priėjo prie išvados, kad norint, jog dirbtinė fotosintezė ekonomine prasme apsimokėtų, jos efektyvumas turėtų išaugti iki tiek, kad siektų nuo penkių iki dešimties proc.
Profesoriaus E. Reisnerio komanda analizavo daugybę variantų, įskaitant įprastą fotosintezę atkartojančią sistemą, kuri pasitelkia fermentus, suskaido vandenį ir gamina vandenilio kurą.
Visgi šios sistemos efektyvumas tebebuvo menkas, be to, vandenilį, kaip ir dujas, yra sudėtinga kaupti ir laikyti.
Ko gero, perspektyvesnis ilguoju laikotarpiu atrodo pastaruoju metu mokslininko komandos vystomas nedidelis įtaisas, Saulės šviesą, anglies dioksidą ir vandenį paverčiantis deguonimi ir skruzdžių rūgštimi, skystu kuru, pasižyminčiu dideliu energijos tankiu.
Prietaise yra plokštelė, įstatyta į vandens ir anglies dioksido indą. Saulei šviečiant, plokštelė išskiria elektronus, kurie susijungia su anglies dioksidu ir vandenyje esančiais protonais ir gamina skruzdžių rūgštį.
„Tokios sistemos yra tarsi plokštelės ar lakštai. Tai labai plonas įrenginys – jį iš esmės beveik galima prilyginti popieriaus lapui“, – pasakoja E. Reisneris.
Veikiausiai didžiausias žingsnis į priekį, nužengtas sukūrus šį prietaisą, yra tas, kad įrenginys yra atskiras ir savarankiškas. Jam nereikia nei išorinio maitinimo šaltinio, nei papildomų katalizatorių.
Patrauklūs investuotojams
Nepaisant visų iššūkių, dirbtinės fotosintezės sistemoms pavyksta pritraukti didelių investicijų. Jungtinių Valstijų energetikos departamentas neseniai paskelbė per penkerius metus šiai sričiai skirsiantis 100 mln. JAV dolerių (apie 85,17 mln. eurų).
Šios lėšos bus skirtos dviem atskiriems projektams: „Hibridinių sprendimų dėl Saulės energijos ir skystojo kuro centrui“ („Chase“) ir „Skystosios Saulės šviesos sąjungai“ („Lisa“).
Projektas „Chase“, kurį įgyvendina Šiaurės Karolinos universitetas, vysto praktines programas, panašias į Kembridžo universiteto dirbtinės fotosintezės įtaiso projektą. Kuriamos sistemos, kurios, kaip ir saulės kolektoriai, šviesai sugerti pasitelkia puslaidininkius, o tam, kad anglies dioksidą paverstų kuru, naudoja įvairius katalizatorius.
Pasak projekto „Chase“ vadovo pavaduotojos profesorės Jillian Dempsey, tyrimas ypatingą dėmesį skiria pakopinių katalizatorių sampratai. Anglies dioksidą verčiant panaudojamu kuru prireikia daugiau nei vienos cheminės transformacijos, o katalizatoriai vienu metu gali įgyvendinti tik vieną.
„Pirmasis katalizatorius atlieka pirmąjį žingsnį, tada sukurtą produktą perduoda kitam katalizatoriui. Kiekvienas jų atlieka itin selektyvų procesą ir po kiekvieno individualaus žingsnio perduoda darbą kitam“, – aiškina profesorė.
Sukaupė daugybę duomenų
Projektas „Lisa“ pasirinko labiau teorinį variantą, orientuotą į kiekvieno dirbtinės fotosintezės etapo ir komponento tobulinimą. Potencialūs katalizatoriai ir procesai prieš išbandymą modeliuojami kompiuteriu.
„Didžiulį dėmesį skiriame teorijai, iš esmės teorija ir eksperimentas žengia koja kojon. Dabar turime neabejotinai didžiausią pasaulyje duomenų bazę“, – pasakoja projekto vadovas profesorius Harry Atwateras iš Kalifornijos technologijos instituto.
Deja, artimiausiu metu, panašu, dar tikrai neišvysime dirbtinės fotosintezės plokštelėmis nuklotų laukų. Pasak profesorės J. Dempsey, vis dar yra esminių kliūčių.
Sujungti visas technologijas į vieną – rimtas iššūkis ir problema.
„Buvo įgyvendinta keletas neįtikėtinų mokslinių sprendimų, susijusių su Saulės energijos surinkimu, katalizatoriais, gaminančiais kurą, ir valdymo sistemomis. Tačiau šių atskirų komponentų integravimas į sistemą, galinčią vykdyti dirbtinę fotosintezę, yra milžiniškas iššūkis“, – aiškina J. Dempsey.
Sudėtinga ir užtikrinti, kad minėtosios reakcijos būtų pajėgios gaminti komerciškai paklausų ir kokybišką kurą, mat daugelis tą įgyvendinti galinčių katalizatorių yra pernelyg brangūs arba nepakankamai veiksmingi plataus masto naudojimui.
Galiausiai, profesorės J. Dempsey teigimu, iškyla ir ilgalaikiškumo problema: „Nuolatos patiriama radiacija (Saulės šviesa) gali sukelti itin žalingą ėsdinančią reakciją“.
Dėl šių priežasčių dirbtinės fotosintezės būdu vis dar nėra galimybių gaminti skystą kurą pakankamai pigiai, kad šis produktas galėtų konkuruoti su iškastiniu kuru.
„Tačiau situacija gali labai greitai pasikeisti. Gali pakisti naftos kaina, mokesčių dydis. Ateityje, kai šie pokyčiai įsibėgės, kažkuriuo metu dirbtinės fotosintezės kaina ims kristi, o iškastinio kuro – augti. Išlieka tik vienas klausimas – kada šios linijos susikirs“, – pabrėžia E. Reisneris.
„Jei pažvelgtume į situaciją prieš dešimtmetį, netgi optimistiškiausios prognozės dėl fotovoltikos būdu sukurtos elektros išgavimo kainos nenumatė to, kaip viskas klojosi iš tiesų. Kaina sumažėjo 85 proc. – tai yra neįtikėtina. Pasiekus masto ekonomiją, daugelis dalykų tampa įmanomi. Tad aš esu nusiteikęs labai optimistiškai“, – apibendrina E. Reisneris.
