Onderzoekers van de Osaka Metropolitan University hebben een kunstmatig fotosynthesesysteem gecreëerd dat zonnebrandstof betrouwbaarder kan genereren, terwijl het de op batterijen gebaseerde regelapparatuur die normaal gesproken meereist, achterwege laat. Door een zelfregulerend chemisch onderdeel direct in de elektrolyseur te integreren, hebben ze zowel de complexiteit als de kosten verminderd - want niets zegt 'elegante oplossing' zoals het verwijderen van de onderdelen die de neiging hebben te breken of zonder sap te komen zitten.
Net als de fotosynthese die planten al miljoenen jaren zonder patent doen, gebruikt kunstmatige fotosynthese zonlicht om water en koolstofdioxide om te zetten in energierijke verbindingen. Een van die producten is mierenzuur, een chemische stof die zowel als brandstof als als manier om energie op te slaan kan dienen - handig voor die dagen waarop de zon besluit een pauze te nemen.
In het hart van deze systemen zit een elektrolyseur, die elektriciteit van zonnecellen omzet in chemische energie, opgeslagen als brandstoffen zoals mierenzuur. Het probleem? Zonlicht is berucht inconsistent - het heeft de vervelende gewoonte om gedurende de dag te veranderen. Om hiermee om te gaan, gebruiken de meeste kunstmatige fotosynthesesystemen Maximum Power Point Tracking (MPPT), een methode die continu spanning en stroom aanpast zodat zonnecellen piekvermogen kunnen leveren. Maar conventionele MPPT-opstellingen vertrouwen doorgaans op batterijen en extra elektronica om de energiestroom glad te strijken. Ze werken, ja, maar ze voegen ook kosten en complexiteit toe, zoals het meenemen van een Zwitsers zakmes naar een taak die eigenlijk alleen een schroevendraaier nodig heeft.
Het team, onder leiding van universitair hoofddocent Yasuo Matsubara en professor Yutaka Amao van het Research Center for Artificial Photosynthesis aan de Osaka Metropolitan University, werkte samen met Iida Group Holdings Co., Ltd om de elektrolyseur zelf opnieuw te ontwerpen. Hun aanpak gebruikt een speciaal ontworpen vaste elektrolyt die direct in het apparaat is ingebouwd, waardoor de elektrolyseur automatisch MPPT kan uitvoeren - geen batterijen nodig. Naarmate het zonlicht toeneemt, warmt de elektrolyseur op, waardoor de elektrische weerstand daalt en elektriciteit vrijer kan stromen. 'Dit zorgt ervoor dat het systeem zijn elektrische gedrag automatisch aanpast,' legde professor Amao uit, in wat klinkt als de meest bevredigend eenvoudige oplossing voor een complex probleem sinds iemand ontdekte dat een deksel op een pan water sneller laat koken.
Toen het systeem werd getest onder echte buitenomstandigheden, produceerde het consistent mierenzuur uit water en CO2, zelfs toen de zonlichtniveaus fluctueerden als een nerveuze aandelenmarkt. 'We waren ervan overtuigd dat het succesvol zou zijn,' zei professor Matsubara, erop wijzend dat het systeem eerder een miniatuurdiorama van stroom had voorzien op de Osaka Kansai Expo 2025. De bevindingen werden gepubliceerd in EES Solar, en materialen werden verstrekt door de Osaka Metropolitan University - want zelfs wetenschap heeft af en toe een beetje PR nodig.