Цели устойчивого развития

Дата публикации : 09 October 2024

Опубликовано : Shweta Singh

Будет ли искусственный фотосинтез?

Удовлетворить растущий спрос на топливо?

Спрос на нефть постоянно растёт, и её потребление вряд ли сократится из-за растущего спроса на энергию. Однако, несмотря на растущие потребности в нефти, различные факторы, такие как цена на нефть и растущее загрязнение окружающей среды нефтью, влияют на её использование. Кроме того, геополитические события также вызывают сбои в поставках нефти. Один из примеров — война на Украине в России — привёл к изменению спроса на нефть. Для удовлетворения этого спроса на нефть всё чаще используются альтернативные решения. Таким образом, в последние годы растёт предпочтение традиционному ископаемому топливу, поскольку происходит всё больше исследований альтернативных источников. Ежегодно истощается около 87 миллиардов долларов природных ресурсов. Среди различных альтернатив искусственный фотосинтез является новым методом, который сейчас активно исследуется.

Как искусственный фотосинтез производит нефть?

Благодаря искусственному фотосинтезу учёный успешно получил нефть, используя воду, углекислый газ и солнечный свет. Исследователи разрабатывают системы, которые используют эти природные ресурсы для преобразования солнечной энергии в химическую и её вложения в топливные соединения, имитируя этот процесс. Искусственный фотосинтез позволяет производить различные виды топлива, включая углеводороды в виде метанола (CH3OH), муравьиной кислоты (HCOOH), оксида углерода (CO) и метана (CH4), а также чистый водород. Кроме того, в этом процессе используются фотоэлектрохимические ячейки или электролизеры с фотоэлектрической связью.

Детальное понимание процесса

• 1. Первый важный процесс — расщепление воды на углеводороды и кислород с помощью солнечного света и фотокатализатора, который играет значительную роль. Без использования электричества вода расщепляется на водород и кислород путем фокусировки света на катализаторе, который имеет структуру листа и погружен в воду. Благодаря применению солнечной энергии, этот подход имеет преимущество в том, что на протяжении всего производственного процесса не образуется CO2.
• 2. Кроме того, для отделения водорода от выделяющейся газовой смеси водорода и кислорода используется разделительная мембрана. Крайне важно правильно и безопасно отделить водород от кислорода, поскольку соединение этих двух газов, водорода и кислорода, взрывоопасно.

Применение, при котором топливо, полученное

можно использовать искусственный фотосинтез

• Транспорт – В последнее время растет спрос на электромобили, работающие на батареях. Однако батареи весят намного больше топливных баков и занимают огромное пространство. В результате возникла необходимость в решении, которое не заменяло бы топливо и не приводило бы к глобальному потеплению. Поэтому исследования в области искусственного фотосинтеза активно развиваются.
• Производство электроэнергии – В период с 2010 по 2021 год мировой спрос на электроэнергию увеличился примерно на 380 ТВт·ч. В первой половине 2022 года спрос достиг приблизительно 13 390 ТВт·ч по сравнению с примерно 13 000 ТВт·ч в 2021 году за тот же период. Водород, получаемый в результате искусственного фотосинтеза, может быть использован для выработки электроэнергии. Однако это не может быть использовано для крупных проектов, но исследования показывают, что при дальнейшем совершенствовании этого метода в будущем он сможет удовлетворить потребности населения в электроэнергии. Кроме того, проводятся исследования по использованию искусственного фотосинтеза для производства пластика. Предполагается полная замена синтетического пластика на возобновляемые материалы. Различные гаджеты с пластиковым покрытием, такие как мобильные телефоны, ноутбуки, различные медицинские инструменты и многое другое, будут заменены возобновляемым пластиком.

Разница между натуральным

Фотосинтез и искусственный фотосинтез

В отличие от естественного фотосинтеза, который производит глюкозу и кислород из солнечного света, воды и углекислого газа, искусственный фотосинтез предполагает сохранение солнечной энергии в химических связях солнечного топлива. Следовательно, три основных процесса искусственного фотосинтеза эквивалентны процессам естественного фотосинтеза: поглощение света для достижения возбужденного состояния, развитие, разделение зарядов и химическое превращение для производства топлива.

Какие регионы играют активнее?

Акцент на искусственном фотосинтезе?

В Азиатско-Тихоокеанском регионе наблюдается высокий спрос на нефть, что приводит к значительному загрязнению окружающей среды, вызванному ископаемым топливом. Например, потребление нефти в Азиатско-Тихоокеанском регионе увеличилось почти до 36 миллионов баррелей в день в 2021 году по сравнению с примерно 30 миллионами баррелей в день в 2012 году. В связи с этим в регионе были запущены различные инициативы по стимулированию внедрения искусственного фотосинтеза. В 2022 году Япония создавала основу для еще одного крупного эксперимента, в котором будет использоваться искусственный фотосинтез — развивающаяся технология, которая, как ожидается, произведет революцию в попытках снижения выбросов углерода во всем мире. Инициатива, финансируемая правительством Японии, которая предполагает тестирование технологии в 2030 году, должна быть реализована Токийским университетом в сотрудничестве с такими компаниями, как Mitsubishi Chemical и Toyota Motor, а также исследовательскими организациями. Предполагается, что химическая промышленность согласится на использование этой технологии, и к 2040 году она будет коммерциализирована. Кроме того, в 2020 году Министерство энергетики США заявило, что с целью повышения эффективности искусственного фотосинтеза — процесса производства топлива из солнечного света — оно выделит 100 миллионов долларов США в течение пяти лет на два новых гранта.

Перспективы рынка искусственного фотосинтеза

Ожидается, что к концу 2035 года сектор искусственного фотосинтеза принесет наибольший доход в размере 258 миллионов долларов США. В 2022 году этот показатель составлял около 68 миллионов долларов США. Прогнозируемый среднегодовой темп роста в период с 2023 по 2035 год составит около 17% .

Дальнейшие исследования искусственного фотосинтеза

Учитывая, что используемые в настоящее время методы искусственного фотосинтеза гораздо менее эффективны, чем естественный процесс, ведутся работы по его усовершенствованию. Тот факт, что молекулярные наночастицы, полученные методом искусственного фотосинтеза, дешевле, легче и экологичнее, чем современные солнечные панели, является одним из факторов, стимулирующих дальнейшее развитие этой технологии. Ожидается, что использование искусственного фотосинтеза будет расти, чтобы ограничить зависимость от существующих источников энергии. Кроме того, этот метод призван обратить вспять последствия глобального потепления, поскольку он поглощает углекислый газ и выделяет кислород. Водород, полученный методом искусственного фотосинтеза, может использоваться в качестве топлива для модифицированных двигателей внутреннего сгорания или топливных батарей в гибридных электромобилях. Более того, его можно использовать в качестве неископаемого химического сырья для производства аммиака, необходимого для производства продуктов питания.

Заключение

Ожидается, что искусственный фотосинтез удовлетворит энергетические потребности. Однако спрос на энергию со стороны населения постоянно растет и не имеет границ. Следовательно, если этот спрос будет продолжать расти, процесс не сможет обеспечить необходимое количество энергии, поскольку соотношение постоянно меняется каждый год, и искусственный фотосинтез не сможет удовлетворить этот спрос. Этот процесс является новым, и исследования в этой области все еще продолжаются. Поэтому зависимость от ископаемого топлива может остаться прежней, а появление других альтернатив, как ожидается, будет препятствовать развитию этого процесса. Однако правительственные инициативы могут способствовать активизации исследовательской деятельности. Более того, благодаря достижениям в области технологий и исследований химики создали искусственный фотосинтез, в 10 раз более эффективный по сравнению с существующими системами.