Co to jest grafen?

Grafen to płaska, przypominająca plaster miodu, struktura złożona z atomów węgla. Jego największymi zaletami są przezroczystość i doskonałe przewodnictwo ciepła i elektryczności. Z tego powodu znajduje zastosowanie m.in. w produkcji i magazynowaniu energii odnawialnej pozyskiwanej z paneli słonecznych.


Dwutlenek węgla a globalne ocieplenie

Na pomysł wykorzystania szczególnych właściwości grafenu do produkcji paliwa wpadli badacze z Wydziału Chemicznego PWr pod przewodnictwem dr. Bartłomieja Szyi. Bezpośrednim źródłem idei były niepokojące doniesienia o rosnącym problemie globalnego ocieplenia, za który odpowiada m.in. nadprodukcja dwutlenku węgla (liczone w miliardach ton ilości związku generują głównie technologie wykorzystujące do wytwarzania energii paliwa kopalne). Niedostateczne wciąż możliwości redukcji tego odpadu skłoniły chemików do opracowania metody jego ponownego wykorzystania.

W jaki sposób liść wyprodukuje paliwo?

Podstawą projektu jest stworzenie sztucznego liścia, którego układ katalityczny działałby analogicznie jak proces fotosyntezy w naturalnych roślinach. Jeden związek (dwutlenek węgla) zostałby przetworzony w inny z wykorzystaniem struktur przejściowych. W przypadku nowego fotokatalizatora miejsce słońca i wody zająłby właśnie grafen, a wygenerowanymi w procesie utylizacji związkami byłyby metan lub metanol. Tak pozyskane wysokoenergetyczne produkty będzie można wykorzystać ponownie jako paliwa. Sztuczny liść będzie w stanie przetworzyć taką samą ilość dwutlenku węgla, jak liść naturalny.


Celem działającego układu katalitycznego jest otrzymanie paliw, które znowu mogą być wykorzystywane w procesach spalania, znowu będziemy emitowali dwutlenek węgla w tychże procesach spalania, niemniej można rozpatrywać ten proces jako pewnego rodzaju cykl. Wytwarzamy dwutlenek węgla w procesach spalania, potem zwracamy go jako surowiec, dostarczamy energię świetlną do katalizatora i znowu otrzymujemy paliwo, które znowu możemy spalić i znowu otrzymać dwutlenek węgla. W tym cyklu emisja dwutlenku węgla do otoczenia będzie zerowa – wyjaśnia agencji informacyjnej Newseria Innowacje dr Bartłomiej Szyja.

Sam katalizator ma składać się z dwóch części, z których jedna pozyskiwać będzie protony i elektrony z cząsteczek wody pod wpływem światła, druga zaś ma uwodornić cząsteczki dwutlenku węgla przy wykorzystaniu protonów i elektronów.

Projekt badawczy jest aktualnie na etapie teoretyczno-eksperymentalnym. Naukowcy dokonują odpowiednich obliczeń i pracują nad modelowaniem molekularnym, wykorzystując do tych aktywności symulacje komputerowe. W fazie finałowej przedsięwzięcia prace przeniosą się do laboratorium, gdzie sztuczny liść zostanie „przetestowany”. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, gotowy fotokatalizator chemicy z PWr zaprezentują w 2020 r.

Przeczytaj także: Kraków: AGH uruchomiła turbiny wiatrowe