Invenția unui român poate opri criza energiei. „Costă mai puțin și e accesibilă oriunde”
0Un cercetător român din Cambridge este la un pas să revoluționeze tehnologia combustibililor solari. Virgil Andrei explică în ce constă proiectul frunzelor artificiale care dau energie din lumină și apă.
Românul Virgil Andrei este cercetător la prestigioasa Universitate Cambridge din Marea Britanie și face parte dintr-o echipă de oameni de știință care încearcă să găsească noi tehnologii de producere a energiei nepoluante, iar pentru asta utilizează cu precădere lumina și apa.
Într-un interviu pentru „Weekend Adevărul“, dr. Virgil Andrei vorbește despre frunzele artificiale care generează energie nepoluantă din lumină și apă și explică principiile care stau la baza acestei invenții, care ar putea să revoluționeze tehnologia obținerii de combustibili nepoluanți. De altfel, ultima lor invenție e descrisă pe larg, în termeni elogioși, în revista de știință „Nature“, iar Virgil Andrei și colegii săi sunt citați.
Primele rezultate, promițătoare
Proiectul a fost demarat în urmă cu mai mulți ani, iar echipa culege acum primele roade. Invenția lor ar putea produce, în viitor, combustibil nepoluant, în cantități industriale, utilizat în cele mai variate domenii.
„Eu am început să dezvolt aceste frunze artificiale în urmă cu șase ani. În acel punct, aceste panouri nu puteau fi fabricate decât la o scară redusă și nu produceau decât hidrogen și oxigen din apă. De-a lungul timpului, noi am reușit să fabricăm reactoare solare mai mari folosind tehnologia de printare 3D, precum și frunze artificiale care puteau să producă gaz de sinteză din dioxidul de carbon și apă. Acest gaz de sinteză este un intermediar important în sinteza industrială a combustibililor lichizi, care pot fi folosiți în motoarele actuale“, explică Andrei.
Lucrurile evoluează parcă de la o zi la alta, astfel că invenția se dovedește tot mai prețioasă. Următorul pas a însemnat producerea unor frunze artificiale care să genereze hidrogen. Iar dacă actualele instalații pentru producerea energiei solare sau eoliene ocupă spații importante și stârnesc numeroase controverse, noile frunze artificiale nu mai au acest punct slab.
„De curând, am reușit să fabricăm frunze artificiale care produc hidrogen timp de mai multe săptămâni, precum și frunze subțiri, flexibile, care pot fi în principiu produse la o scară mai mare. Aceste frunze sunt atât de ușoare, încât pot pluti pe apă asemenea frunzelor de lotus. Asta înseamnă că tehnologia noastră nu concurează cu terenul arabil sau de locuit“, subliniază cercetătorul.
Când inspirația vine din natură
El a explicat și tehnologia din spatele acestor frunze artificiale. „Aceste frunze artficiale imită fotosinteza naturală, în sensul că folosesc doi absorbatori de lumină și doi catalizatori pentru a obține oxigen și combustibili utili. Spre deosebire de frunzele naturale care produc zahăr, dispozitivele noastre pot obține hidrogen sau gaz de sinteză. Principiul de funcționare este destul de simplu. Un semiconductor galben, vanadatul de bismut, folosește lumina albastră pentru a oxida apa, obținând oxigen. Un semiconductor negru, numit perovskit, folosește restul spectrului solar pentru a reduce protonii și dioxidul de carbon în hidrogen și gaz de sinteză“, lămurește expertul.
Tehnologia a evoluat tot mai mult, iar pentru aceste frunze artificiale sunt utilizate materiale ușoare, care asigură protecția față de umezeală. Diferența de greutate între primul prototip și ultimul, cel produs recent, este una uriașă.
„De obicei, aceste materiale sunt depuse pe bucăți groase de sticlă sau folosesc straturi groase de protecție împotriva umezelii. În cazul frunzelor plutitoare, am reușit să depunem materialele active pe folii subțiri de plastic și metal, protejându-le împotriva apei cu straturi subțiri de carbon. În acest fel am reușit să micșorăm greutatea frunzelor artificiale de 15 ori. Devenind atât de ușoare, acestea pot fi ridicate la suprafața apei de bulele de gaz produse în timp ce funcționează“, adaugă dr. Andrei.
Mai ieftin, mai eficient
Asta nu înseamnă că invenția lui Virgil Andrei va fi implementată peste noapte și că de mâine va rezolva orice problemă și va încheia criza actuală energetică. Este nevoie de câțiva ani pentru ca noua tehnologie să fie utilizată la scară largă, însă rezultatele studiilor arată că ar putea fi cu adevărat un pariu câștigător.
„Noi am demonstrat că tehnologia noastră e compatibilă cu mijloacele de fabricație moderne. Totuși, în momentul de față am avea nevoie de măcar cinci ani pentru a finanța sau dezvolta echipamentul necesar pentru fabricație la scară largă. Odată ce vom putea să testăm aceste dispozitive pe o suprafață de metri pătrați, am putea să obținem un produs comercial în 5-10 ani. În acel moment, tehnologia noastră ar putea fi folosită în multe locuri, pe râuri, lacuri, în apropierea țărmurilor sau a insulelor, producând și stocând energie regenerabilă descentralizată“, mai spune cercetătorul român.
Acest lucru ar putea să echivaleze cu o adevărată revoluție în tehnologia energiei regenerabile, care ar urma să fie obținută mai ieftin și cu mai puține resurse și spațiu ocupat. „Acesta este scopul final al activității noastre: să declanșăm o adevărată revoluție pe piața energiei cu tehnologia noastră. Avantajul principal al tehnologiei noastre este că aceste frunze oferă un sistem mult mai simplu, mai integrat, față de alte tehnologii pentru producerea combustibililor solari. Asta înseamnă că sistemul poate costa mai puțin și ar putea fi montat mai ușor chiar și în zone greu accesibile“, precizează Andrei.
O analiză a costurilor de piață urmează să fie efectuată mai târziu, însă datele preliminare sunt încurajatoare și arată economii substanțiale: „Noi abia am propus aceste frunze plutitoare, astfel încât nu avem încă o analiză exactă de piață. Totuși, pe baza materialelor folosite putem spune că această tehnologie poate deveni mult mai ieftină față de alternative. Cum menționam mai devreme, în momentul de față este nevoie de investiții, în special în partea de cercetare“.
Peste ani, noua tehnologie ar putea înlocui inclusiv centralele de apartament, dar ar putea fi utilizată chiar și în sistemele centralizate de încălzire, acolo unde ar fi cazul. „Asta este și viziunea noastră, ca această tehnologie să pătrundă în fiecare casă. Odată ce aceste sisteme vor deveni comerciale, ele vor fi în special folosite și într-un mod descentralizat, precum centralele de apartament“, afirmă dr. Virgil Andrei.
De la chimie la tehnologiile de energie regenerabilă
Originar din București, Virgil Andrei are 30 de ani și este absolvent al Colegiului Național „Mihai Viteazul“. Ulterior, el s-a mutat în Germania, unde și-a obținut licența și masterul în chimie la Humboldt-Universität zu Berlin. Ulterior, el s-a dus la Cambridge, unde a urmat un doctorat în tehnologiile de energie regenerabilă.
„La Berlin am dezvoltat materiale termoelectrice flexibile, care transformă diferențele de căldură în electricitate. Dorind să învăț mai multe despre tehnologiile de energie regenerabilă, am plecat la Cambridge în 2016 pentru doctorat. Acolo am început să dezvolt panouri solare care produc electricitate sau combustibili solari. Din 2020 am devenit membru de cercetare la Colegiul St John's din Cambridge, unde îmi continui activitatea, încercând să dezvolt aceste panouri la o scară mai largă înspre aplicații comerciale. De curând am vizitat Berkeley pentru un schimb de experiență de șase luni, timp în care am studiat sinteza combustibililor solari cu valoare adăugată“, povestește cercetătorul.
Transformare, nu înlocuire
Proiectul frunzelor artificiale, mediatizat de curând în publicațiile științifice occidentale, în frunte cu „Nature“, nu este singurul la care lucrează Virgil Andrei și colegii săi. Robotica, inteligența artificială și machine-learning sunt tot mai prezente în proiectele sale științifice.
„În momentul de față lucrăm pe mai multe direcții. Pentru a aduce combustibilii solari mai aproape de aplicații de zi cu zi, avem nevoie de sisteme mai eficiente, durabile, și ușor de produs. Pe de o parte, noi lucrăm la modalități de a înlocui perovskitul cu materiale abundente, cu o toxicitate redusă, precum oxizii. Folosind un astfel de material, BiOI, am reușit de curând să demonstrăm frunze artificiale care produc hidrogen timp de câteva luni. Pe de altă parte, ne orientăm spre alte tehnologii și algoritmi moderni, cum ar fi robotica, inteligența artificială și machine learning, pentru a optimiza și fabrica aceste sisteme într-un mod rapid, automat“, spune Andrei.
Într-o perioadă în care se urmărește o dezvoltare accelerată a tehnologiilor avansate de producere a energiei regenerabile, Virgil Andrei este optimist și spune că acesta este viitorul palpabil. În schimb, el este conștient că și dacă omenirea va reuși să renunțe în proporție covârșitoare la alte resurse energetice, renunțarea în proporție de 100% la combustibilii fosili este doar o himeră.
„Este dificil să scăpăm de combustibilii fosili, deoarece majoritatea infrastructurii industriale și de transport se bazează pe motoare cu combustie. Combustibilii lichizi stochează mult mai multă energie pe kilogram decât bateriile actuale, de aceea sunt de neînlocuit pentru avioane, bărci sau transportul greu. Însă îi putem privi ca o oportunitate. Dacă putem să obținem combustibili lichizi folosind lumina solară și dioxidul de carbon din atmosferă, atunci avem un proces neutral, care nu eliberează dioxid de carbon suplimentar. Ideea asta este ceea ce dezvoltăm noi“, explică el.
Optimismul are fundament
Cercetătorul român a vorbit și despre cele mai serioase piedici în calea noilor proiecte. „În acest moment, este nevoie de mai multă implicare din partea întregii comunități științifice care dezvoltă combustibili solari. Dacă ne uităm la panourile solare, acea comunitate a fost mereu mai orientată pe partea aplicată, nu doar pe prototipuri de laborator care sunt greu de produs la scară largă. De asemenea, deoarece pornim într-o direcție nouă, am avea nevoie și de echipament specializat pentru a fabrica și testa aceste dispozitive la o scară largă. Ca să fac iarăși o comparație, comunitatea de panouri solare are acces la întregi institute, facilități și resurse europene, care lipsesc încă pentru combustibilii solari“, punctează Andrei.
Chiar și așa, el își păstrează nealterat optimismul. Tehnologiile moderne sunt strâns legate de viitorul omenirii și nu ar avea cum să fie altfel. Într-o perioadă în care criza energetică și prețurile uriașe cu care se tranzacționează energia amenință să pună la pământ cele mai solide industrii și să trimită în șomaj și sărăcie zeci de milioane de europeni, tehnologia combustibililor solari nu promite minuni peste noapte, dar ar putea fi luminița de la capătul tunelului. Energia ieftină astfel obținută ar putea să elimine dependența față de gazele și petrolul rusesc.
„Personal, sunt foarte optimist față de progresul făcut de noi și alții în ultimii cinci ani. La început, puțini studiau aceste dispozitive la o scară largă, iar progresul stagna. Noi am demonstrat că se pot realiza multe cu idei proaspete. Un alt motiv de optimism este progresul în tehnologiile de fabricație modernă, care ne-au permis să punem toate aceste idei în practică. În urmă cu 5-10 ani, ar fi fost mai dificil să fabricăm aceste dispozitive, însă astăzi este mult mai ușor chiar și pentru un student doctorand. Deseori, putem avea o idee seara, proiectăm un model pe calculator, și folosim modelul printat 3D a doua zi dimineața. Un al treilea motiv de optimism este că rămân încă multe idei și materiale neexplorate, însă sunt și mulți tineri care urmăresc să dezvolte aceste tehnologii disruptive”, mai adaugă cercetătorul român.
Viitorul sună bine
Viitorul va aduce noi tehnologii, unele aflate în acest moment în stadii incipente. Acest lucru va îmbunătăți viața oamenilor și va face uitată perioada critică în care prețurile energiei electrice bat record peste record și amenință să sărăcească stat după stat. „Următorul salt tehnologic ne-ar putea surprinde pe toți. Însă, cum spuneam, în ultimii ani a existat un interes uriaș în robotică, care ar putea accelera dezvoltarea sistemelor de energie regenerabilă chiar mai mult față de ceea ce vedem astăzi. De asemenea, sunt foarte bucuros să văd că deja există aplicații comerciale pentru materiale flexibile, inteligente. Mulți cercetători, inclusiv eu, dezvoltau această tehnologie în urmă cu 5-10 ani, iar astăzi avem deja primele telefoane cu ecrane pliabile“, a conchis dr. Virgil Andrei.
Se încarcă comentariile...
