Ερευνητές του Μητροπολιτικού Πανεπιστημίου της Οσάκα ανέπτυξαν ένα νέο σύστημα τεχνητής φωτοσύνθεσης που μπορεί να παράγει ηλιακό καύσιμο με μεγαλύτερη συνέπεια, εξαλείφοντας παράλληλα την ανάγκη για εξοπλισμό ελέγχου που βασίζεται σε μπαταρίες. Η πρόοδος προέρχεται από την ενσωμάτωση ενός αυτορυθμιζόμενου χημικού στοιχείου απευθείας στον ηλεκτρολύτη, το οποίο μειώνει τόσο την πολυπλοκότητα του συστήματος όσο και το κόστος.
Παρόμοια με τη φυσική φωτοσύνθεση στα φυτά, η τεχνητή φωτοσύνθεση χρησιμοποιεί το ηλιακό φως για να μετατρέψει το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα σε ενώσεις πλούσιες σε ενέργεια. Ένα τέτοιο προϊόν είναι το μυρμηκικό οξύ, μια χημική ουσία που μπορεί να λειτουργήσει ως καύσιμο και ως τρόπος αποθήκευσης ενέργειας.
Πώς η τεχνητή φωτοσύνθεση παράγει ηλιακό καύσιμο
Στην καρδιά αυτών των συστημάτων βρίσκεται ένας ηλεκτρολύτης, ο οποίος μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια από τα ηλιακά κύτταρα σε χημική ενέργεια. Αυτή η ενέργεια στη συνέχεια αποθηκεύεται με τη μορφή καυσίμου όπως το μυρμηκικό οξύ.
Η διατήρηση της αποτελεσματικής λειτουργίας είναι μια σημαντική πρόκληση όταν το ηλιακό φως ποικίλλει κατά τη διάρκεια της ημέρας. Για να καταπολεμηθεί αυτό, πολλά συστήματα τεχνητής φωτοσύνθεσης χρησιμοποιούν ανίχνευση σημείου μέγιστης ισχύος (MPPT), μια μέθοδο που προσαρμόζει συνεχώς την τάση και το ρεύμα έτσι ώστε οι ηλιακές κυψέλες να μπορούν να παρέχουν την υψηλότερη δυνατή ισχύ εξόδου.
Ωστόσο, οι συμβατικές ρυθμίσεις MPPT συνήθως βασίζονται σε μπαταρίες και πρόσθετα ηλεκτρονικά εξαρτήματα για την εξομάλυνση της ροής ισχύος. Αν και είναι αποτελεσματικές, αυτές οι προσθήκες αυξάνουν τόσο το κόστος όσο και την πολυπλοκότητα του συστήματος.
Ο αυτορυθμιζόμενος ηλεκτρολύτης εξαλείφει τις μπαταρίες
Για να ξεπεραστεί αυτός ο περιορισμός, μια ομάδα με επικεφαλής τον αναπληρωτή καθηγητή Yasuo Matsubara και τον καθηγητή Yutaka Amao του Κέντρου Τεχνητής Φωτοσύνθεσης του Μητροπολιτικού Πανεπιστημίου της Οσάκα συνεργάστηκε με την Eida Group Holdings Co., Ltd. για τον επανασχεδιασμό του ηλεκτρολύτη.
Η προσέγγισή τους χρησιμοποιεί έναν ειδικά σχεδιασμένο στερεό ηλεκτρολύτη ενσωματωμένο απευθείας στη συσκευή. Ως αποτέλεσμα, ο ηλεκτρολύτης μπορεί να εκτελέσει αυτόματα τη λειτουργία MPPT από μόνος του, εξαλείφοντας την ανάγκη για ένα σύστημα ελέγχου που βασίζεται σε μπαταρία.
Αντί να βασίζεται σε εξωτερικά ηλεκτρονικά, μετατροπείς ή μπαταρίες, ο ηλεκτρολύτης προσαρμόζει τις ηλεκτρικές του ιδιότητες μέσω των δικών του θερμικών ιδιοτήτων και ιδιοτήτων αντίστασης.
“Καθώς αυξάνεται το φως του ήλιου, ο ηλεκτρολύτης θερμαίνεται φυσικά. Το σύστημα είναι σχεδιασμένο με τέτοιο τρόπο ώστε αυτή η θέρμανση να μειώνει την ηλεκτρική αντίσταση, επιτρέποντας στον ηλεκτρισμό να ρέει πιο ελεύθερα”, εξηγεί ο καθηγητής Amao. “Αυτό κάνει το σύστημα να προσαρμόζει αυτόματα την ηλεκτρική του συμπεριφορά.”
“Αυτή η αυτορυθμιζόμενη συμπεριφορά βοηθά στη διατήρηση της παραγωγής καυσίμου πιο σταθερή κατά τη διάρκεια της ημέρας και αυτοματοποιεί το σύστημα, ενώ μειώνει την εξάρτηση από μπαταρίες και ακριβά εξωτερικά εξαρτήματα”.
Σταθερή παραγωγή μυρμηκικού οξέος κάτω από πραγματικό ηλιακό φως
Όταν οι ερευνητές δοκίμασαν την τεχνολογία υπό πραγματικές εξωτερικές συνθήκες, το σύστημα παρήγαγε σταθερά μυρμηκικό οξύ από νερό και CO2 ακόμη και όταν τα επίπεδα του ηλιακού φωτός κυμαίνονταν.
«Ήμασταν σίγουροι ότι θα ήταν επιτυχής, όπως δείξαμε προηγουμένως αυτή την έρευνα στην έκθεση «Joint Pavilion Aida Group × Osaka Metropolitan University» ως μέρος της Osaka Kansai Expo 2025», δήλωσε ο καθηγητής Matsubara. «Παρήγαγε με επιτυχία αρκετό μυρμηκικό οξύ για να τροφοδοτήσει ένα μικροσκοπικό διόραμα στο περίπτερο, δείχνοντας τις δυνατότητές του ως ένα αποτελεσματικό σύστημα τεχνητής φωτοσύνθεσης που θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί για εφαρμογές φόρτισης στα σπίτια μας».
Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται EES Solar.
