Kohti akkuvapaata keinotekoista fotosynteesiä

Osakan metropoliyliopiston tutkijat ovat kehittäneet keinotekoisen fotosynteesijärjestelmän, joka pystyy tuottamaan aurinkopolttoaineita vakaammin integroimalla itsesäätöisen kemiallisen komponentin suoraan elektrolyysilaitteeseen. Uusi laite ei siten ole riippuvainen akkukäyttöisestä ohjausmenetelmästä, mikä poistaa kalliin komponentin tällaisista järjestelmistä.

Samoin kuin luonnollinen versionsa, keinotekoinen fotosynteesi käyttää auringonvaloa veden ja hiilidioksidin muuntamiseen hyödyllisiksi polttoaineiksi, kuten muurahaishapoksi.

Keinotekoisissa fotosynteesijärjestelmissä elektrolyysilaitteella on keskeinen rooli, sillä se muuntaa aurinkokennojen tuottaman sähkön kemialliseksi energiaksi, jota voidaan varastoida polttoaineena muurahaishapon muodossa.

Jotta tämä energianmuunnos toimisi tehokkaasti vaihtelevissa auringonvalon olosuhteissa, monet järjestelmät käyttävät Maximum Power Point Tracking (MPPT) -ohjausmenetelmää, joka säätää jatkuvasti jännitettä ja virtaa aurinkokennojen antotehon maksimoimiseksi. MPPT-järjestelmät kuitenkin yleensä käyttävät akkuja tai lisäelektroniikkaa energiankulutuksen vakauttamiseksi, mikä lisää sekä järjestelmän kustannuksia että monimutkaisuutta.

Professorien Yasuo Matsubaran ja Yutaka Amaon johtama tutkimusryhmä suunnitteli järjestelmän uudelleen sisällyttämällä elektrolyysiin erityisen kiinteän elektrolyytin, jolloin elektrolyyseri tekee MPPT-toiminnon automaattisesti ja ilman akkua. Elektrolyyseri säätää omaa sähköistä käyttäytymistään lämpö- ja impedanssiominaisuuksiensa avulla.

Auringonvalon lisääntyessä elektrolyysilaite lämpenee luonnollisesti. Elektrolyyserin kiinteän olomuodon elektrolyytillä on negatiivisen lämpötilakertoimen (NTC) ioniresistiivisyys, mikä tarkoittaa, että sen ionijohtavuus kasvaa lämpötilan noustessa

”Tämä itsesäätyvä toiminta auttaa pitämään polttoaineen tuotannon vakaampana koko päivän ja automatisoi järjestelmän samalla vähentäen riippuvuutta akuista ja kalliista ulkoisista komponenteista”, Amaon lisäsi.

Kun tiimi testasi teknologiaa hyödyntävää laitetta, se tuotti muurahaishappoa stabiilisti vedestä ja hiilidioksidista todellisissa auringonvalon olosuhteissa, jopa valon intensiteetin vaihdellessa.

Aiheesta aiemmin:

Kestävämpää ja halvempaa vetyä

Kvanttilomittuminen voi tehostaa fotosynteesiä