Áttörés a hidrogén-előállításban

Az ausztráliai Monash Egyetem által vezetett nemzetközi kutatócsoportnak a növényekben található vegyületeket felhasználva sikerült reprodukálnia a fotoszintézis egyik alapvető kémiai folyamatát. A híradásokban áttörésként értékelt eredménnyel előkészítették az utat egy új módszerhez, amelyben napfény felhasználásával hidrogénre és oxigénre tudják bontani a vizet.

A kutatók olyan rendszert akartak létrehozni, amely alkalmas a növényi fotoszintézisben nélkülözhetetlen szerepet játszó mangántartalmú vegyületek "működtetésére", s így laboratóriumban utánozzák a természetben napfény hatására lejátszódó elektrontranszport-folyamatot. A növényekben a folyamat során a víz oxigénre és hidrogénre bomlik. Az oxigén fölszabadul és a levegőbe kerül, a hidrogén pedig részt vesz a fotoszintézis további folyamataiban.

A Leone Spiccia professzor, Robin Brimblecombe és Annette Koo alkotta munkacsoporthoz társult Gerhard Swiegers, a CSIRO (az ausztrál Nemzetközösségi Tudományos és Ipari Kutató Szervezet) munkatársa és Charles Dismukes, a Princeton Egyetem professzora. Spiccia professzor elmondta, hogy tulajdonképpen lemásolták a természetet. Ehhez a zöld növényekben a fotoszintézishez 3 milliárd év alatt tökélyre fejlődött alkotórészeket és biokémiai folyamatokat vették alapul, és e folyamatok egyikét teremtették újra laboratóriumi körülmények között.

Egy mangántartalmú csoport központi szerepet tölt be abban a folyamatban, amelynek révén a növények képesek víz, szén-dioxid és napfény felhasználásával szénhidrátokat és oxigént előállítani. E vegyületcsoport mesterséges változatát korábban Charles Dismukes professzor fejlesztette ki. A kutatók most újabb lépést tettek előre: arra használták föl e molekulák képességét, hogy a vizet alkotóelemeire, azaz oxigénre és hidrogénre bontsák.

Az áttörés akkor következett be, amikor egy Nafion nevű protonvezetővel burkolták be a rendszerben lévő anódot, hogy néhány mikrométer vastag polimer membrán alakuljon ki rajta. Ez szolgált a mangántartalmú csoportok hordozójaként. Amikor sikerült a normális körülmények között vízben nem oldódó katalizátort a Nafion-membrán pórusaihoz kötni, ezzel megakadályozták a vegyületek lebomlását, és egyúttal a víz is eljuthatott a katalizátorhoz, ahol fény hatására oxidálódott.

A víz "oxidációjából" protonok és elektronok keletkeznek, amelyet hidrogéngázzá lehet alakítani. (A növények ezeket a szénhidrátok előállításához használják fel.) "Noha az ember már régóta képes hidrogénre és oxigénre bontani a vizet, először nekünk sikerült ezt úgy megvalósítanunk, hogy csupán napfényt, 1,2 voltos elektromos feszültséget és a természet által e célra kifejlesztett vegyületeket használtunk" - jelentette ki Spiccia professzor.

Bár a rendszer hatékonyságát még növelni kell, a kutatók szerint óriási jelentőségű lehet a jövő energiagazdálkodása szempontjából. A hidrogént már régóta ideális környezetbarát üzemanyagnak tekintik, hiszen elégetésekor nem keletkezik széntartalmú vegyület, csak víz. Ha a hidrogén előállításához nem kell majd más, csak víz és napfény, akkor a jövő generációi bőséges, megújuló zöldenergia-forráshoz juthatnak.