Päikeseenergeetikas sajandi läbimurre
Päikeseenergia kasutamise üheks piiranguks on ikka jäänud asjaolu, et maksimaalne tootlus saavutatakse vaid mõne tunni jooksul keskpäeval. Idee lõhkuda vett selleks, et saada päikeseenergia salvestamiseks vesinikku, pole praeguseni olnud kuigi praktiline, kuna reaktsioon vajas liiga palju energiat ning reaktsiooni energiavajadust vähendavad katalüsaatorid olid liiga kallid või kasutasid väga haruldasi materjale. Nocera katalüsaator rajab teed odavatele ja laialt kättesaadavatele veelõhkumistehnoloogiatele.
Nocera avastus aitab teadlastel edasi arendada kunstliku fotosünteesi ideed ning jäljendada energiatootmiseks taimi, kelle energiatootmisel just vee lõhkumine on üheks esimeseks sammuks. „Sellest avastusest saab edasiste uurimuste nurgakivi,” ütles Saksamaal asuva Friedrich Alexanderi ülikooli keemiaprofessor Karsten Meyer. „Päikeseenergia jaoks on tegemist ilmselt sajandi tähtsaima avastusega.”
Uus katalüsaator erineb oluliselt kõigist eelnevatest katsetustest. Varem on teadlased, nende hulgas ka Nocera, püüdnud luua molekulaarseid katalüsaatoreid, milles teatakse täpselt iga aatomi asukohta ning mis peavad tervikuna vastu nii kaua kui võimalik. Uuel katalüsaatoril puudub aga kindel struktuur ning see on suhteliselt ebastabiilne, lagunedes töö käigus. Katalüsaator suudab aga iseennast pidevalt taastada ning tööd jätkata.
Oma katsesüsteemis sukeldas Nocera koobalti ja kaaliumfosfaadiga segatud vette indium-tinaoksiidist elektroodi. Seejärel rakendati elektroodile pinge, mille tagajärjel koobalt, kaalium ja fosfaatioonid kogunevad elektroodile, moodustades katalüsaatori. Katalüsaator oksüdeerib vett, tekitades gaasilise hapniku ning vabad vesinikuioonid. Teisel elektroodil, mis on kaetud plaatinakatalüsaatoriga, moodustavad vesinikuioonid gaasilise vesiniku. Töö käigus laguneb koobaltil baseeruv katalüsaator, kuid lahuses olevad koobalt ja kaaliumfosfaat kogunevad peagi uuesti elektroodile, taastades katalüsaatori.
Nocera lõi uue katalüsaatori osana uurimisprogrammist, mille eesmärgiks on luua kunstlik fotosüntees, mis oleks looduslikust fotosünteesist tõhusam ning toodaks kasutuskõlblikke kütuseid, näiteks vesinikku. Nocera on lahendanud kunstliku fotosünteesi ühe kõige raskema probleemi: veest hapniku tootmise. Jääb veel kaks sammu. Üheks on vesinikuioonidest gaasilise vesiniku tootmiseks kasutatava kalli plaatinakatalüsaatori asendamine odavama ja levinuma metalliga.
Teadlaste sõnul ei peaks sellise katalüsaatori leidmine kuigi keeruline olema. Nocera ise kinnitab, et tal on mõttes mõningaid lubavaid materjale, ning ka teistel teadlastel on kandidaate välja pakkuda. Teiseks hetkel lahendamata sammuks kunstliku fotosünteesi loomisel on luua materjal, mis absorbeeriks päikesevalgust ning millest saaks valmistada vett lõhkuvate katalüsaatorite jaoks vajalikud elektroodid. Nii saaks Nocera katalüsaator energiat otse päikeselt, mitte elektriseadmelt nagu praegu.
Enne Nocera katalüsaatori kaasamist kommertsseadmetesse peab veel siiski palju tööd tegema. Siiski usuvad teadlased, et edasine töö peaks sujuma ladusalt, kuna katalüsaatorit valmistada on lihtne ning seega saavad paljud teadlased korraga uute katsetuste juurde asuda. „Uue süsteemi ilu seisnebki selles, et see on nii lihtne. Paljud teadlased saavad kohe selle edasiarendamisega tegelema hakata,” ütles Arizona ülikooli keemia- ja biokeemiaprofessor Thomas Moore.
