Premium

Získejte všechny články
jen za 89 Kč/měsíc

Vodík rovnou ze slunce. Umělá fotosyntéza může změnit výrobu čisté energie

Rostliny už nejsou největšími přeborníky ve využívání sluneční energie. Vědci našli způsoby proměny slunečního záření na biopaliva i živiny, které jsou efektivnější než přírodní procesy. Co nám brání v jejich využívání?
Část 1/3

„Voda je uhlím budoucnosti.“ Autorem této předpovědi není nikdo jiný než Jules Verne, který vložil prorockou větu do úst Cyrusi Smithovi v románu Tajuplný ostrov. Vernův technický všeuměl v roce 1874 předvídá, že lidstvo bude v daleké budoucnosti získávat energii z vody rozložené na prvky, tedy na vodík a kyslík. Vernova „vzdálená budoucnost“ se během 150 let transformovala na budoucnost blízkou. Jsme k tomu tlačeni i faktem, že stávající výroba energie krytá z 84 % spalováním fosilních paliv generuje řadu problémů. Dnešní věda proto zkouší zapřáhnout do výroby energie síly přírodního procesu fotosyntézy.

Fotosyntéza probíhá v rostlinách ve dvou principiálních krocích. S přispěním sluneční energie se při ní rozkládá voda na kyslík a vodík. Následně pak v druhé fázi vznikají reakcemi vodíku s oxidem uhličitým organické molekuly bohaté na energii. Na fotosyntéze je přímo či nepřímo existenčně závislý prakticky veškerý pozemský život.

Výroba vodíku

Vodík je skvělé palivo. Z každého kilogramu lze spalováním získat 120 megajoulů energie za vzniku neškodného odpadu v podobě vody. Výroba vodíku je ale komplikovaná. Mnohé metody jsou energeticky náročné, jiné využívají technologie poškozující životní prostředí. Zhruba polovina světové energie ve formě vodíku se dnes vyrábí jeho uvolněním z uhlí, zatímco biologickými procesy jí vyrábíme jen 0,1 %. To se může změnit, pokud do služeb lidstva zapřáhneme umělou fotosyntézu a s přispěním sluneční energie budeme rozkládat vodu na vodík a kyslík. Vody jako základní suroviny se na naší planetě nabízí dostatek.

Štěpení vody na vodík a kyslík sluneční energií za vydatné pomoci vhodných katalyzátorů patří k nejperspektivnějším způsobům produkce vodíku. Už proto, že denně dopadá na povrch naší planety 1022 joulů sluneční energie, což by pokrylo spotřebu lidstva na celý rok. Základy využití umělé fotosyntézy k výrobě vodíku položili už počátkem 70. let japonští vědci. Klíčem k úspěchu je fotokatalyzátor, který pohltí sluneční energii a nabudí tak elektrony ve svých atomech. V tomto stavu pak dokáže vytrhnout z molekuly vody atom vodíku. Dva takto uvolněné atomy následně vytvoří stabilní molekulu vodíku H2.

Alfou a omegou pokroku v umělé fotosyntéze je vývoj výkonných fotokatalyzátorů. Japonští průkopníci použili oxid titaničitý známý také jako titanová běloba. Od té doby ale vývoj notně pokročil. První fotokatalyzátory pracovaly jen s využitím ultrafialové složky slunečního záření. Ta má sice nejvyšší energii, ale tvoří jen asi 6 % celkové sluneční energie dopadající na povrch Země. Více než polovina připadá na záření ve viditelném spektru a přes 40 % na infračervené záření. Dnes jsou k dispozici fotokatalyzátory, které usnadňují rozklad vody i při viditelném a infračerveném světle.

Další významný faktor limitující produkci vodíku umělou fotosyntézou představuje konstrukce fotokatalytických reaktorů. Drtivá většina dnešních reaktorů je určena pro laboratorní experimenty. Mají obvykle kapacitu do 1 litru a pro praktické účely se nehodí. Potýkají se s řadou problémů, např. s přívodem světla, obnovou katalyzátoru atd.

Jistě ne náhodou vyvíjejí na poli fotokatalytické produkce vodíku značnou aktivitu týmy napojené na přední světové automobilky. Na rozdíl od elektromobilů by měly automobily poháněné vodíkem výhodu v tom, že vodík lze celkem dobře skladovat a transportovat. Některá auta na vodík už po silnicích jezdí, ale jejich konstruktéři narážejí na řadu obtíží. Vodíkové palivové články pracují nejlépe při stabilním výkonu. Na udržení vozidla na stálé rychlosti po rovině vystačí vůz zhruba s 15 kW ale při zrychlení vyžaduje mnohonásobně vyšší výkon. A na to vodíkové spalovací články nestačí. Výrobci to řeší přídatnou baterií podobnou té, s jakou jezdí benzinově-elektrické hybridy. Další problém představuje možný únik vodíku. Jeho reakce se vzdušným kyslíkem provází exploze. A v neposlední řadě je tu otázka vybudování sítě čerpacích stanic.

Kingdom Come: Deliverance 2

Pokračování úspěšného českého RPG Kingdom Come: Deliverance vychází již 4. února 2025 na PC, PS5, Xbox Series X a Series S.

Nejčtenější

Apple představil nová sluchátka. Lákají na funkci, kterou konkurence dávno má

Čekalo se, že Apple představí sluchátka Powerbeats Pro 2 spolu s telefonem iPhone SE. Jenže smartphone nikde, a sluchátka se navzdory tomu v tichosti objevila v nabídce. Jsou určena pro sportovce a...

Model Tatry T813 vznikal dva a půl roku, práce se někdy protáhly až do rána

Nedávno jsme na Technetu vyhlásili vítěze soutěžní galerie o nejlepší modelářský výtvor. Nyní vám přinášíme příběhy některých z těchto vítězných modelů.

Cestující v ohrožení: Ze sestřelů je hlavní příčina pádů civilních letadel

Minulý týden vyšlo najevo, že se v troskách letadla ázerbájdžánských aerolinií, které havarovalo dva dny po Vánocích, našly fragmenty rakety z ruského protiletadlového systému. Teorie o sestřelu...

O prvních sovětských proudových stíhačkách si Křídla vlasti dost zapřeháněla

První proudovou stíhačkou ve výzbroji sovětského letectva byl Jak-15. Tento do jisté míry primitivní stroj vznikl přemotorováním pístového Jaku-3. A přestože poprvé vzlétl na jaře 1946 a v roli...

YouTube slaví 20 let. Jak vypadalo první video a kdo má nejvíc odběratelů?

Populární videoserver YouTube slaví 20 let od založení. Platforma používaná na sdílení videí patří k nejnavštěvovanějším stránkám na internetu a boří rekordy ve sledovanosti.

Pohádkový most v oblacích se musel kvůli válce obejít bez ocelových výztuh

Malebný devítiobloukový železniční viadukt, zvaný také most v oblacích, podává němé svědectví o železničním stavitelství za britské koloniální éry v Asii. Toto velké turistické lákadlo najdete na Šrí...

16. února 2025

Zásah do dědičné informace umožnil narození potomků dvou otců

Dva myšáci spolu zplodili mláďata. Metoda má sice nízkou účinnost, ale dává vzniknout životaschopným jedincům. K čemu by se dala využít?

16. února 2025

Bifloval se slabiky a sám sebe zkoušel. Ebbinghausův výzkum paměti znamenal zlom

Premium

Dnes platí za jednoho z průkopníků moderní vědy. Ve své době ale působil Hermann Ebbinghaus, který se narodil před 175 lety, na některé své současníky minimálně jako podivín. Jeden ze zakladatelů...

15. února 2025

Model Tatry T813 vznikal dva a půl roku, práce se někdy protáhly až do rána

Nedávno jsme na Technetu vyhlásili vítěze soutěžní galerie o nejlepší modelářský výtvor. Nyní vám přinášíme příběhy některých z těchto vítězných modelů.

15. února 2025

Adam Mišík o svém handicapu: Mohli jsme to léčit, ale rodiče nechtěli

Že by znal podobnou situaci z vlastního života, Adam Mišík popírá. Ale zahrál si ji rád. Ve filmu Holka od vedle je...

To nechci, proč mi to Google nainstaloval do mobilu? Uživatelé se bouří

V posledních týdnech začal Google instalovat do telefonů s Androidem novou systémovou aplikaci, která má uživatele...

Shodila jsem 23 kilo. Táta říkal, že se na to nedá koukat, přiznala Cibulková

Bývalá slovenská profesionální tenistka Dominika Cibulková (35) po narození dětí výrazně přibrala. V rozhovoru pro...

Po Pirátech z Karibiku jsem rok chodila na psychoterapie, přiznala Knightley

Keira Knightley (39) se rozpovídala o tom, jaký vliv měla filmová série Piráti z Karibiku na její hereckou kariéru....

Kanye West a Bianca Censori se rozešli, raper zveřejnil podivný vzkaz

Raper Kanye West (47) a jeho žena Bianca Censori (30) se podle zdrojů blízkých páru rozešli a směřují k rozvodu....