Frunză artificială, dispozitiv pe bază de siliciu, care folosește energia solară pentru a împărți hidrogenul și oxigenul în apă, producând astfel energie de hidrogen într-un mod curat, fără a lăsa practic niciun poluanți. Tehnologia, care a fost concepută pentru a simula procesul natural de producere a energiei de fotosinteză folosită de plante, a fost dezvoltată pentru prima dată cu succes de chimistul american Daniel G. Nocera și colegii săi în 2011. Au fost necesare alte lucrări pentru îmbunătățirea eficienței și rentabilității sale practice. utilizare.
Componenta de bază a unei frunze artificiale este un cip de siliciu care este acoperit în catalizatori chimici, care accelerează reacția de divizare a apei. Într-un vas deschis de apă, când energia solară lovește cipul, apare o reacție chimică similară fotosintezei - moleculele de hidrogen și oxigen din apă sunt împărțite, ceea ce duce la separarea protonilor și a electronilor. Protonii și electronii sunt prinși pe cip și sunt recombinați pentru a forma gaz de hidrogen, care poate fi utilizat pentru generarea imediată de energie electrică sau depozitat pentru utilizare ulterioară.
Aplicarea principală a frunzei artificiale este producția curată de hidrogen, care este considerată o formă alternativă de energie. Alte mijloace de captare a combustibilului cu hidrogen includ reformarea aburului, în care aburul la temperatură înaltă reacționează cu metan în prezența unui catalizator metalic și fracturarea hidraulică (sau „fracking”), în care fluidele care conțin substanțe chimice sunt injectate în pământ la temperaturi ridicate. presiune pentru a elibera gaze naturale (inclusiv hidrogenul) din formațiunile de roci subterane. Niciuna dintre aceste abordări nu este considerată a fi o formă „curată” de producție de hidrogen, deoarece ambele implică eliberarea de substanțe chimice potențial dăunătoare în mediu.
Frunza artificială face, de asemenea, hidrogenul o sursă de energie regenerabilă, deoarece lumina solară și apa sunt abundente pe Pământ. Prin urmare, cu frunza artificială, indivizii își pot produce local propria energie și pot trăi în afară de o rețea electrică. Acest lucru oferă un avantaj semnificativ prin faptul că energia hidrogenului ar putea fi produsă aproape continuu oriunde și în orice moment. Pe baza designului inițial al lui Nocera, cu tehnologia artificială a frunzelor, se estimează că una până la trei sticle de apă ar putea produce suficientă energie pentru a alimenta o singură gospodărie în regiunile mai puțin dezvoltate ale lumii.
Cu toate acestea, rămân provocări semnificative pentru tehnologia artificială a frunzelor. De exemplu, este nevoie de mai multă muncă pentru îmbunătățirea eficienței; în studiile inițiale, frunza artificială a captat doar 4,7% din totalul combustibilului posibil de hidrogen disponibil în energia solară. Dispozitivele dezvoltate de atunci au obținut eficiențe mai mari (de exemplu, aproximativ 10 la sută). Totuși, tehnologia artificială a frunzelor rămâne potențial costisitoare și este preocupată de siguranța limită de stocare a combustibilului cu hidrogen, implementarea practică a tehnologiei.
