Vědci vytvořili zařízení bez baterií, které přeměňuje sluneční světlo na palivo

Foto: Osaka Metropolitan University

Úvod

Vědci z Osaka Metropolitan University dosáhli průlomu v oblasti umělé fotosyntézy, který by mohl zjednodušit a zlevnit přeměnu slunečního světla, vody a CO2 na použitelné palivo. Tento nový systém umělé fotosyntézy se reguluje sám, čímž eliminuje potřebu baterií, které jsou běžně používány v současných návrzích. Klíčovou inovací je elektrolyzér, který se automaticky přizpůsobuje měnícímu se slunečnímu světlu tím, že mění své elektrické vlastnosti při zahřívání. Tím se udržuje stabilnější výroba solárního paliva a snižují se náklady a složitost.

Autor původního článku: redakce

Jak funguje umělá fotosyntéza

Systém umělé fotosyntézy produkuje kyselinu mravenčí z oxidu uhličitého a vody. V srdci těchto systémů je elektrolyzér, který přeměňuje elektřinu ze solárních článků na chemickou energii. Tato energie je pak uložena ve formě paliv, jako je kyselina mravenčí. Hlavní výzvou je udržení efektivního provozu, když se sluneční světlo během dne mění. K řešení tohoto problému mnoho systémů umělé fotosyntézy používá Maximum Power Point Tracking (MPPT), metodu, která neustále upravuje napětí a proud, aby solární články mohly dodávat co nejvyšší výkon. Konvenční nastavení MPPT však obvykle závisí na bateriích a dalších elektronických komponentech, které vyrovnávají tok energie. I když jsou účinné, tyto přídavky zvyšují jak náklady, tak složitost systému.

Samoregulační elektrolyzér bez baterií

Aby překonali toto omezení, tým vedený docentem Yasuo Matsubarou a profesorem Yutaka Amao z Výzkumného centra pro umělou fotosyntézu na Osaka Metropolitan University spolupracoval s Iida Group Holdings Co., Ltd na přepracování samotného elektrolyzéru. Jejich přístup využívá speciálně navržený pevný elektrolyt zabudovaný přímo do zařízení. Výsledkem je, že elektrolyzér může automaticky provádět funkci MPPT sám, čímž odstraňuje potřebu systémů řízení založených na bateriích. Místo spoléhání se na externí elektroniku, měniče nebo baterie, elektrolyzér upravuje své elektrické vlastnosti prostřednictvím svých vlastních tepelných a impedančních vlastností.

„Jak se zvyšuje sluneční světlo, elektrolyzér se přirozeně zahřívá. Systém je navržen tak, že toto zahřívání způsobuje pokles elektrického odporu, což umožňuje elektrickému proudu volněji proudit,“ vysvětlil profesor Amao. „Tím se systém automaticky přizpůsobuje svému elektrickému chování.“

Stabilní produkce kyseliny mravenčí za skutečného slunečního světla

Když vědci testovali technologii za skutečných venkovních podmínek, systém konzistentně produkoval kyselinu mravenčí z vody a CO2, i když se úrovně slunečního světla měnily. „Byli jsme si jisti, že to bude úspěšné, protože jsme tento výzkum již dříve představili na výstavě ‚Joint Pavilion Iida Group × Osaka Metropolitan University‘ jako součást Osaka Kansai Expo 2025,“ uvedl profesor Matsubara. „Úspěšně generoval dostatek kyseliny mravenčí k napájení miniaturního diorámu v pavilonu, což ukazuje jeho potenciál jako efektivního systému umělé fotosyntézy, který by mohl být potenciálně použit k nabíjení aplikací v našich domovech.“

Proč je to důležité

Vývoj samoregulačního systému umělé fotosyntézy bez baterií představuje významný krok vpřed v oblasti obnovitelných zdrojů energie. Tato technologie má potenciál snížit závislost na fosilních palivech a přispět k udržitelnějšímu energetickému systému. Pro Evropu a Českou republiku, kde se klade důraz na snižování emisí a zvyšování podílu obnovitelných zdrojů, by takové inovace mohly znamenat významný přínos. Navíc, s rostoucími cenami energie a tlakem na snižování nákladů, by tato technologie mohla nabídnout ekonomicky výhodné řešení pro výrobu čisté energie. Budoucí vývoj by mohl zahrnovat rozšíření této technologie do komerčního měřítka a její integraci do stávajících energetických systémů.

Mohlo by vás zajímat

• Vědci konečně dokončili 100 let starou teorii barev Schrödingera
• Vědci objevili zvláštní vlastnost rýže a přeměnili ji na chytrý materiál
• Po 20 letech vědci konečně zmenšili výkonný laser na čip

Původní článek: Scientists built a battery-free device that turns sunlight into fuel