Grafeenia, fotosynteesiä ja tekoälyä vihreään energiantuotantoon

Manchesterin yliopiston National Graphene Instituten tutkijat ovat löytäneet tavan käyttää valoa nopeuttamaan protonien kuljetusta grafeenin läpi, mikä voisi mullistaa tavan, jolla tuotamme vetyä.

Protonikuljetus on keskeinen askel monissa uusiutuvan energian tekniikoissa, kuten vetypolttokennoissa ja aurinkotoimisessa veden jakamisessa.

Aikaisemmin ajateltiin, että grafeeni ei läpäise protoneja. Mutta nyt tutkijat havaitsivat, että kun grafeenia valaistaanvalolla, grafeenissa olevat elektronit virittyvät, jotka ovat sitten vuorovaikutuksessa protonien kanssa kiihdyttäen niiden kulkua materiaalin läpi.

"Elektroni- ja ioninkuljetusominaisuuksien välisen yhteyden ymmärtäminen elektrodi-elektrolyyttirajapinnoissa molekyylimittakaavassa voisi mahdollistaa uusien strategioiden nopeuttamista, jotka ovat keskeisiä monille uusiutuvan energian tekniikoille, mukaan lukien vedyn tuotanto ja käyttö", sanoi tohtori Marcelo Lozada- Hidalgo.

Cambridgen yliopiston tutkijoiden kehittämä laite saa inspiraationsa kasvien fotosynteesistä. Kun aiemmat versiot ”keinotekoisesta lehdestä”, jotka pystyivät tuottamaan vetyä puhtaasta vedestä, uusi laite toimii myös saastuneesta tai merivedestä ja voi tuottaa samalla myös puhdasta juomavettä.

Laiterakenne absorboi hyvin sekä valoa että lämpöä ja synnyttää vesihöyryä josta fotokatalyytti tuottaa vetyä. Näin katalyytti ei ole suorassa kosketuksessa epäpuhtaaseen veteen.

Laiteratkaisu myös hyödyntää paremmin auringon energiaa sillä siinä on UV-säteilyä absorboiva kerros vedyn tuottamiseen veden jakamisen kautta ja loput auringon spektrin valosta välittyy laitteen pohjalle vettä höyrystämään. Siten se voi tuottaa puhdasta polttoainetta ja puhdasta vettä yhtä aikaa pelkällä aurinkovoimalla. Näin se voisi auttaa ratkaisemaan erilaisia energia- ja vesikriisejä, joita on niin monissa osissa maailmaa.

Espanjalaisen ICIQ:n tutkijat ovat suunnitelleet mikromoottoreita, jotka liikkuvat omatoimisesti jätevettä puhdistaen. Prosessissa syntyy ammoniakkia, joka voi toimia vihreänä energialähteenä.

Mikromoottorit ovat nousseet lupaavaksi työkaluksi ympäristön kunnostamiseen, mikä johtuu suurelta osin niiden kyvystä navigoida itsenäisesti ja suorittaa tiettyjä tehtäviä mikromittakaavassa. Putkimainen mikromoottori koostuu piistä ja mangaanidioksidista, jossa kemialliset reaktiot aiheuttavat kuplien vapautumisen toisesta päästä, jotka sitten saavat putken liikkumaan.

Kehitystyössä on edelleen ongelmana mikromoottorien tuottamat kuplat, jotka estävät mitä näkemästä, kuinka ne liikkuvat ja kuinka kauan ne jatkavat toimivat.

Nyt Göteborgin yliopiston tutkijoiden kehittämän tekoälymenetelmän avulla on mahdollista arvioida mikromoottorien liikkeitä mikroskoopin alla sillä koneoppiminen mahdollistaa usean nesteessä olevan moottorin seurannan samanaikaisesti.

Aiheista aiemmin:

Grafeenia, vihreää energiaa ja materiaaleja

Fotosynteesi puhtaan energian tuotantoon