Πολλά συστήματα τεχνητής φωτοσύνθεσης βασίζονται σε μια τεχνική γνωστή ως Παρακολούθηση Σημείου Μέγιστης Ισχύος (MPPT)
Μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο του Osaka Metropolitan ανέπτυξε μια πιο πρακτική προσέγγιση στην τεχνητή φωτοσύνθεση, δημιουργώντας μια συσκευή που μπορεί να ρυθμίζεται αυτόνομα χωρίς να βασίζεται σε σύστημα ελέγχου που τροφοδοτείται από μπαταρία.
Με την αφαίρεση της ανάγκης για αυτό το πρόσθετο εξάρτημα, ο σχεδιασμός μειώνει τόσο το κόστος όσο και την πολυπλοκότητα της παραγωγής ηλιακών καυσίμων.
Όπως στη φυσική διαδικασία που χρησιμοποιούν τα φυτά, η τεχνητή φωτοσύνθεση αξιοποιεί το ηλιακό φως για να μετατρέψει το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα σε ενεργειακά πλούσιες ενώσεις.
Σε αυτό το σύστημα, το τελικό προϊόν είναι το μυρμηκικό οξύ, μια χημική ουσία που μπορεί να αποθηκευτεί και να χρησιμοποιηθεί αργότερα ως καθαρό καύσιμο ή ως πρώτη ύλη για τη βιομηχανία.
Το βασικό στοιχείο είναι ο ηλεκτρολύτη, ο οποίος μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τα ηλιακά κύτταρα σε χημική ενέργεια, καθιστώντας δυνατή τη δέσμευση και αποθήκευση της ηλιακής ενέργειας με τη μορφή μυρμηκικού οξέος για μελλοντική χρήση.
Η ανακάλυψη μειώνει την εξάρτηση από πολύπλοκα ηλεκτρονικά
Η διατήρηση αποδοτικής παραγωγής ηλιακών καυσίμων γίνεται δύσκολη όταν η ένταση του ηλιακού φωτός αλλάζει κατά τη διάρκεια της ημέρας.
Για να αντιμετωπιστεί αυτό, πολλά συστήματα τεχνητής φωτοσύνθεσης βασίζονται σε μια τεχνική γνωστή ως Παρακολούθηση Σημείου Μέγιστης Ισχύος (MPPT), η οποία προσαρμόζει συνεχώς την τάση και το ρεύμα ώστε τα ηλιακά κύτταρα να λειτουργούν με τη μέγιστη δυνατή απόδοση.
Ωστόσο, τα συμβατικά συστήματα MPPT συνήθως απαιτούν μπαταρίες ή επιπλέον ηλεκτρονικό εξοπλισμό ελέγχου για να εξομαλύνουν τις διακυμάνσεις στη ροή ενέργειας.
Αυτά τα πρόσθετα εξαρτήματα αυξάνουν τόσο το κόστος όσο και την τεχνική πολυπλοκότητα, καθιστώντας δυσκολότερη τη μαζική εφαρμογή συστημάτων τεχνητής φωτοσύνθεσης.
Για να αντιμετωπίσει αυτή την πρόκληση, μια ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Osaka Metropolitan ανέπτυξε ένα απλούστερο σύστημα τεχνητής φωτοσύνθεσης ενσωματώνοντας τη λειτουργία ελέγχου απευθείας στον ηλεκτρολύτη.
Με επικεφαλής τον αναπληρωτή καθηγητή Yasuo Matsubara και τον καθηγητή Yutaka Amao, και σε συνεργασία με την Iida Group Holdings Co., Ltd, οι ερευνητές ενσωμάτωσαν μια ειδική στερεά ηλεκτρολυτική ουσία στη συσκευή.
Αντί να βασίζεται σε μπαταρίες και πρόσθετα ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου για να διατηρεί τα ηλιακά κύτταρα σε αποδοτική λειτουργία, ο νέος ηλεκτρολύτης μπορεί να ρυθμίζεται μόνος του αυτόματα.
Χρησιμοποιεί τις ιδιότητες του στερεού ηλεκτρολύτη για να ρυθμίζει την ηλεκτρική του συμπεριφορά, επιτρέποντάς του να εκτελεί τη λειτουργία της MPPT χωρίς πρόσθετο εξοπλισμό.
Θερμοευαίσθητος ηλεκτρολύτης διατηρεί αποδοτική παραγωγή ηλιακών καυσίμων
Σύμφωνα με τον καθηγητή Amao, το σύστημα ανταποκρίνεται αυτόματα στις αλλαγές του ηλιακού φωτός χωρίς ανάγκη εξωτερικών ελέγχων.
Καθώς η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας αυξάνεται, ο ηλεκτρολύτης θερμαίνεται, γεγονός που μειώνει την ηλεκτρική του αντίσταση και επιτρέπει ευκολότερη ροή ηλεκτρικού ρεύματος.
Αυτή η ενσωματωμένη απόκριση επιτρέπει στη συσκευή να προσαρμόζει τη δική της ηλεκτρική συμπεριφορά και να διατηρεί αποδοτική λειτουργία.
Ο Amao πρόσθεσε ότι ο ενσωματωμένος μηχανισμός αυτορρύθμισης βοηθά στη διατήρηση πιο σταθερής παραγωγής καυσίμου καθ’ όλη τη διάρκεια της ημέρας, μειώνοντας παράλληλα την ανάγκη για μπαταρίες και άλλα ακριβά εξωτερικά εξαρτήματα.
Προσαρμοζόμενο αυτόματα στις μεταβαλλόμενες συνθήκες, το σύστημα απλοποιεί επίσης τον συνολικό σχεδιασμό.
Για να αποδείξουν την ιδέα, οι ερευνητές δοκίμασαν ένα πρωτότυπο εξοπλισμένο με τη νέα τεχνολογία σε πραγματικό υπαίθριο ηλιακό φως.
Η συσκευή κατάφερε να μετατρέπει συνεχώς νερό και διοξείδιο του άνθρακα σε μυρμηκικό οξύ, διατηρώντας σταθερή απόδοση ακόμη και καθώς η ένταση του ηλιακού φωτός μεταβαλλόταν.
Οι ερευνητές σημείωσαν επίσης ότι η τεχνολογία έχει ήδη αποδείξει την πρακτική της δυναμική σε πραγματικό περιβάλλον.
Σύμφωνα με την ομάδα, το σύστημα παρήγαγε αρκετό μυρμηκικό οξύ ώστε να τροφοδοτήσει ένα μινιατούρα διοράμα που εκτέθηκε στο περίπτερο, δείχνοντας πώς ένα αποδοτικό σύστημα τεχνητής φωτοσύνθεσης θα μπορούσε στο μέλλον να παράγει και να αποθηκεύει καθαρή ενέργεια για οικιακές εφαρμογές.
www.worldenergynews.gr
