Νερό από τον ήλιο και καύσιμα από τεχνητά «φύλλα»

Ιδιαίτερα στις περιοχές που δεν υπάρχει αρκετό νερό ή δεν υπάρχει πόσιμο νερό σε κοντινή απόσταση, μια τεχνολογία που θα κατάφερνε να δεσμεύσει την υγρασία του αέρα, υπαρκτή ακόμη και στον αέρα της ερήμου, θα ήταν ανυπολόγιστης αξίας για τους συνήθως φτωχούς κατοίκους αυτών των περιοχών. Αλλά οι υπάρχουσες τεχνολογίες γενικά απαιτούν υψηλά επίπεδα υγρασίας και πολλή ηλεκτρική ενέργεια, που αυτοί οι άνθρωποι είναι καταδικασμένοι από τον καπιταλισμό να μη διαθέτουν, ως συνέπεια ενός συστήματος που κάνει μια μειοψηφία πλούσιους ή και πάμπλουτους δισεκατομμυριούχους και την πλειοψηφία φτωχούς ή πάμπτωχους.
Το πρόβλημα του πόσιμου νερού στις δύσκολες περιοχές αποσκοπεί να αντιμετωπίσει μια νέα τεχνολογία, που βασίζεται στην ηλιακή ενέργεια και είναι δυνατό να αναπτυχθεί σε μεγάλη κλίμακα (όχι ατομικά). Ερευνητές στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) και στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ δοκίμασαν τη χρονιά που πέρασε τεχνολογία, η οποία δεν χρειάζεται καθόλου ηλεκτρισμό. Αντί των ζεόλιθων ή άλλων ανάλογων υλικών, που απορροφούν υγρασία από την ατμόσφαιρα, όταν υπάρχει αρκετή διαθέσιμη και χρειάζεται να θερμανθούν σε υψηλή θερμοκρασία για να την αποδώσουν, χρησιμοποίησαν πορώδεις κρυστάλλους μεταλλο-οργανικών-δομών (metal - organic - framework ή MOF). Αξιοποιώντας ειδικούς συνδυασμούς μετάλλων και οργανικών ουσιών, καθόρισαν τις χημικές ιδιότητες των MOF και κατ' επέκταση τη χρηστικότητά τους. Οι MOF είναι σχεδόν 10 φορές πιο πορώδεις από τους ζεόλιθους. Ενα γραμμάριο MOF, σε μέγεθος κύβου ζάχαρης, έχει εσωτερική επιφάνεια πόρων ίση περίπου με το εμβαδόν ενός ποδοσφαιρικού γηπέδου!
Μια πρωτότυπη συσκευή με MOF-801 (φουμαρικό ζιρκόνιο), το οποίο έχει μεγάλη χημική συγγένεια με το νερό, παγιδεύει υγρασία μέσα στους πόρους του υλικού και στη συνέχεια το αποδίδει με απευθείας θέρμανση (σε χαμηλή θερμοκρασία), με τη βοήθεια ενός συλλέκτη ηλιακής ενέργειας. Η συσκευή μπορεί να παράγει 2,8 λίτρα νερό τη μέρα για κάθε κιλό MOF, ακόμη κι όταν η σχετική υγρασία είναι μόλις 20%, όπως στις ερήμους. Οι ερευνητές βλέπουν περιθώρια παραπέρα βελτίωσης της απόδοσης, ενώ η έρευνα για άλλα MOF μπορεί να βγάλει από τη μέση το ζιρκόνιο, που κοστίζει 150 δολάρια το κιλό.
Μια άλλη τεχνική αξιοποίησε μια εταιρεία με έδρα την Αριζόνα, για ένα προϊόν που ήδη εμπορεύεται. Κι αυτό βασίζεται στην ηλιακή ενέργεια, αλλά με χρήση φωτοβολταϊκών που παράγουν Ενέργεια χρησιμοποιούμενη για να διοχετεύεται αέρας μέσα στη συσκευή και μετά να εξάγεται το νερό από το υλικό που απορρόφησε την υγρασία. Τις ώρες που δεν υπάρχει ηλιοφάνεια, τη συσκευή τροφοδοτεί με ηλεκτρισμό μια μπαταρία λιθίου που γεμίζει όταν υπάρχει άπλετο ηλιακό φως. Σύμφωνα με την εταιρεία, ένα ηλιακό πάνελ μπορεί να παράγει 2 - 5 λίτρα νερού τη μέρα. Ενα εγκατεστημένο σύστημα αυτής της δυναμικότητας κοστίζει στις ΗΠΑ 3.700 δολάρια... Είναι προφανές ότι η τεχνολογία μπορεί μόνο να προσφέρει λύσεις. Την εφαρμογή και αξιοποίηση των λύσεων αυτών πρέπει να την επιβάλουν οι ίδιοι οι άνθρωποι, αλλάζοντας τις παραγωγικές σχέσεις που την εμποδίζουν για τη μεγάλη πλειοψηφία.

Τεχνητή φωτοσύνθεση

Η έννοια ενός τεχνητού φύλλου από μια πρώτη ματιά δε φαίνεται να έχει και πολύ νόημα. Τα φύλλα χρησιμοποιούν το φως του ήλιου για να μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα σε υδατάνθρακες, που με τη σειρά τους χρησιμοποιούνται ως καύσιμο για τις κυτταρικές δραστηριότητες των φυτών. Επί δεκαετίες οι επιστήμονες προσπαθούν να εφεύρουν μια διαδικασία παρόμοια με τη φωτοσύνθεση, που να παράγει κάποιο καύσιμο, ικανό να αποθηκευτεί και να χρησιμοποιηθεί στη συνέχεια. Κάτι τέτοιο θα έλυνε ένα μεγάλο πρόβλημα σε σχέση με την ηλιακή και την αιολική (έμμεσα ηλιακή) ενέργεια, δηλαδή την ύπαρξη ενός αποδοτικού τρόπου αποθήκευσης της Ενέργειας, όταν ο ήλιος λάμπει, ή ο άνεμος φυσάει, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί την περίοδο της συννεφιάς, της νύχτας, της άπνοιας.
Πλειάδα ερευνητών στο πέρασμα του χρόνου συνέβαλε ώστε να αναπτυχθεί μια μορφή τεχνητής φωτοσύνθεσης, κατά την οποία χημικοί καταλύτες ενεργοποιημένοι από το ηλιακό φως διασπούν μόρια νερού για την παραγωγή οξυγόνου και υδρογόνου (καύσιμο). Ενα βήμα πιο κοντά στην πραγματική φωτοσύνθεση θα ήταν η χρήση του υδρογόνου σε μια οξειδοαναγωγική αντίδραση, για τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε υδρογονάνθρακες. Οπως το φυσικό φύλλο, αυτό το σύστημα θα χρησιμοποιούσε μόνο διοξείδιο του άνθρακα, νερό και ηλιακό φως για να παράγει καύσιμα. Τελικά, θα μπορούσε να κλείσει τον κύκλο της εκπομπής διοξειδίου του άνθρακα κατά τη χρήση καυσίμων, με μετατροπή του και πάλι σε καύσιμο, αντί της επιβάρυνσης της ατμόσφαιρας με αυτό το αέριο του θερμοκηπίου.
Πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ έκανε επίδειξη διαδικασίας, που μπορεί να συνδυάσει σε ενιαίο σύστημα τη διάσπαση του νερού και τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε καύσιμο (μείγμα αλκοολών) και μάλιστα με αποδοτικότητα μεγαλύτερη από εκείνη των φύλλων των φυτών. Ενα φυτό χρησιμοποιεί περίπου το 1% της ηλιακής ενέργειας που πέφτει πάνω στα φύλλα του για να παρασκευάσει γλυκόζη, ενώ το τεχνητό σύστημα πετυχαίνει την ενσωμάτωση του 10% της ηλιακής ενέργειας στο παραγόμενο καύσιμο. Οι ερευνητές λειτούργησαν μέσα στο ίδιο δοχείο ανόργανη τεχνολογία διάσπασης του νερού, που χρησιμοποιεί, όμως, μόνο βιοσυμβατά και όχι τοξικά υλικά, συνδυάζοντάς την με μικρόβια ειδικά τροποποιημένα γενετικά, ώστε να παράγουν καύσιμα. Τα βακτήρια αυτά παρασκεύασαν το μείγμα καυσίμου ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα. Το όλο σύστημα είναι έτοιμο για ανάπτυξη σε μεγάλη κλίμακα, από πλευράς καταλύτη, καθώς χρησιμοποιήθηκαν φτηνά υλικά, αλλά χρειάζεται να αυξηθεί κι άλλο η απόδοση σε καύσιμο, ώστε η τεχνολογία να είναι οικονομικά αποδοτική (αν δεν υπάρχει ικανοποιητικό κέρδος δεν θα χρησιμοποιηθεί κι ας ανέβει όσο θέλει το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα).
Οι ερευνητές εξετάζουν τώρα και τη δυνατότητα χρήσης παραλλαγής της τεχνολογίας αυτής (διαφορετικά γενετικά τροποποιημένα μικρόβια) για παραγωγή αζωτούχων λιπασμάτων, απευθείας μέσα στο χώμα. Στην περίπτωση αυτή τα βακτήρια θα χρησιμοποιούν το υδρογόνο (από τη διάσπαση του νερού) και το διοξείδιο του άνθρακα για να παρασκευάσουν βιολογικά πλαστικά σαν αποθήκες Ενέργειας. Οταν συσσωρεύσουν αρκετό πλαστικό στο εσωτερικό τους παύουν να χρειάζονται ηλιακό φως και μπορούν να θαφτούν στο έδαφος. Εκεί απορροφώντας άζωτο από τον αέρα και χρησιμοποιώντας την Ενέργεια και το υδρογόνο που είναι ενσωματωμένα μέσα στο πλαστικό, παράγουν αζωτούχο λίπασμα. Ραπανάκια που αναπτύχθηκαν σε χώμα με τέτοια βακτήρια, ζύγιζαν 150% περισσότερο από τα ραπανάκια που αναπτύχθηκαν σε απλό, φτωχό σε άζωτο χώμα.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»