Дослідники розробили "штучний лист", який дозволяє накопичувати сонячну енергію у вигляді рідкого палива. Ця нова технологія одного чудового дня може забезпечити заправку вашого транспортного засобу і... вбити нафтодобувну і нафтопереробну галузі.


          Деніел Носера (Daniel Nocera) з Гарвардського університету і Памела Силвер з Гарвардської медичної школи у співпраці розробили нову геліосистему, яка може:

- розчеплювати молекули води з виділенням водню;
- відділяти бактерій, що харчуються воднем, від води

з метою вироблення рідкого палива.

          У роботі, оприлюдненій в журналі Science 3 червня 2016 р., колектив науковців продемонстрував не тільки процес вироблення новою системою придатного для використання палива, але і вражаючу ефективність цієї системи.
           - В принципі, ми маємо платформу, яка може синтезувати будь-яку молекулу на базі вуглецю із ряду нафтових вуглеводнів, - сказала П. Силвер. Вона додала, що платформа може бути дуже універсальною.


             Поточна модель розроблена на основі раніших досліджень цієї ж групи Носери-Силвер. Їхня перша модель так званого біонічного листу 2015 року створення стикнулася з низкою проблем, зокрема виділення активного кисню, що знищував ДНК воднеїдних бактерій. Також перша модель мала каталізатор виділення водню з нікель-молібден-цинкового сплаву. Вона потребувала для роботи надто високу напругу, що знижувало її ефективність. Незважаючи на труднощі, попередня модель біонічного листу була придатна з використанням сонячної енергії виробляти 216 міліграм ізопропілового спирту на літр води.
           Нова версія, Біонічний лист 2.0, містить вже каталізатор з кобальт-фосфорного сплаву і не виділяє активного кисню. Можливість працювати на низькій напрузі дозволяє значно підвищити рівень ефективності системи.
           Біонічний лист 2.0 може накопичувати сонячну енергію в біомасу з коефіцієнтом корисної дії (ККД) 10 %. Іншими словами, на кожну кіловат*годину спожитої сонячної енергії мікроби забирають 130 г CO2 із 230000 літрів повітря, утворюючи 60 г ізопропанола. Це значення на порядок вище того, що спостерігається у природі для найбільш швидко зростаючих видів рослин (ККД 1 %).
             Нова модель також може синтезувати ізопентанол, ізобутанол і щось таке як прообраз пластика, названого біо-пластик PHB. Самовідновлююча здатність каталізатора запобігає його витоку в готовий розчин.
            - Це важливе відкриття доводить, що ми можемо здійснити процес синтезу вуглеводнів краще, ніж за природного фотосинтезу. Та я також хотів би розвинути цю технологію до рівня, придатного для широкого впровадження в країнах, що розвиваються, - сказав Деніел Nocera.


             Разом з тим Носера визнає, що біонічний лист найближчим часом не буде конкурувати за ціною з викопним паливом, особливо тому, що мікроби ще не виробляють паливо так швидко, як хотілося б. Найбільша продуктивність існуючої моделі на сьогодні розраховується на літри штучного палива в день, хоча команда не виявила обмежень до того, щоб виготовляти продуктивніші установки.
             Ця нова технологія стала сторінкою у книзі рукотворних чудес матері-природи і дозволила використати фотосинтез для перетворення сонячної енергії в паливо. Останні дослідження  профінансовані в рамках програми Гарвардського університету "Перші 100 Ватт", підтримані управліннями наукових досліджень військово-морських сил та військово-повітряних сил, Інститутом біоінженерії Вісса та іншими.

Автор оригінального тексту Sandrine Ceurstemont

            Велетенське енергетичне поле в Африці, спроможне постачати енергію до Європи... На краєчку марокканської пустелі ми відвідали одну з найбільших сонячних електростанцій, котра допомагає уявити енергетичне майбутнє світу.

            Мінібус котиться через широчезне плато по щойно прокладеному асфальту. На південь, куди сягає око, лежать вкриті тріщинами простори Мароканської пустелі.


            Проте ця піщана рівнина вже не така первісно-незаймана, як то було колись. Цього року вона стала місцем розташування однієї з найбільших у світі сонячних електростанцій.


         Сотні кривих дзеркал, кожне завбільшки з автобус, впорядковані у ряди і вкривають територію у 1400000 кв. м.  або 200 футбольних полів. Цей величезний комплекс розташувався на пекельному осонні біля підніжжя Атласних гір у 10 км від міста Уарзазате, яке ще називають Двері у пустелю.


         Поряд із задоволенням місцевих потреб Марокко сподівається, що коли-небудь буде експортувати енергію до Європи. А ця електростанція і є тим прототипом, котрий допомагає уявити енергетичне майбутнє світу і місце в ньому Африки.
         Ніби навмисно у день мого відвідання небо було захмареним. "Сьогодні не буде вироблено аніскільки електрики", - сказав Рашид Байєд, представник Мароканської агенції з питань сонячної енергетики, що відповідає за впровадження цього флагманського проекту. Однак випадковий день, коли сонце "вимкнено", тут нікого особливо не засмучує. В цій місцевості буває в середньому 330 безхмарних днів на рік.
         Після багатьох років фальстартів геліоенергетика нарешті почала рухатися до своєї доскналості, як і обдаровані сонцем країни нарешті скористалися цим щедрим джерелом екологічно чистої енергії. Марокканське енергетичне поле одне з кількох в Африці, а також подібних електростанцій, збудованих на Близькому Сході (Іорданія, Дубай, Саудівська Аравія). Падіння вартості сонячної енергії зробило її життєздатною альтернативою енергії від спалювання нафтопродуктів навіть у найбагатших нафтою районах світу.
         Noor 1, перша черга Марокканської СЕС, вже перевершила очікування з огляду на кількість енергії, яку вона продукує. Це обнадійливий результат з точки зору мети Марокко: зменшити свою частку викопного палива, зосередивши увагу на поновлювані джерела енергії, одночасно задовольняючи зростаючі енергетичні потреби, які щороку ростуть приблизно на 7 %. Стабільний уряд і економіка Марокко сприяли цій країні в отриманні інвестицій, наприклад, Європейський союз виділив 60 % від вартості проекту Уарзазате.


        Країна до 2020 року планує задовольняти 14 % своїх потреб енергії за рахунок геліоенергетики, а через залучення інших поновлюваних джерел, таких як вітер і вода, вона прагне довести частку цих видів своєї енергії в сумі до 52 % у 2030 році. Це ставить Марокко в один ряд з такими країнами, як Великобританія, яка хоче генерувати 30 % своєї електроенергії з поновлюваних джерел енергії до кінця цього десятиліття, та США, президент якої Обама встановив планку у 20 % до 2030 року (Tрамп пригрозив збавити частку поновлюваних джерел енергії, але його слова не можуть мати великого впливу. Значна частина політики контролюється на рівні окремих штатів, і великі компанії вже взяли курс на екологічно чистіші і дешевші альтернативи.)
         Через відсутність сонця в день мого візиту сотні дзеркал стояли тихо і нерухомо. Команда уважно стежить за прогнозами погоди аби передбачити перемикання мереж на наступний день, що дозволяє залучити паралельні джерела енергії до виробництва, коли небо похмуре. Але зазвичай відбивачі можна почути, коли вони рухаються разом, набуваючи кращого положення відносно сонця, немов гігантське поле соняшників. Дзеркала фокусують енергію Сонця на синтетичне мастило, яке тече через мережу труб. Нагріваючись до температури 350° С, гаряче мастило віддає тепло воді для отримання водяної пари під високим тиском, яка подається на лопатки ротора турбіни та обертає генератор, що знаходиться з ротором турбіни на одному валу. "Це той самий класичний процес добування електроенергії, що працює при спалюванні викопного палива, за винятком того, що ми беремо тепло від сонця", - говорить Байєд.
          Електростанція продовжує виробляти електроенергію і після заходу сонця, коли настає час пікових навантажень. Частина енергії, отриманої вдень, зберігається в резервуарах з розплавленими солями нітратів натрію та калію, що підтримує виробництво тривалістю до трьох годин. Після запуску другої черги СЕС Noor 2, виробництво електроенергії після заходу сонця буде тривати до 8 годин.
          Крім виробництва електроенергії проект Уарзазате допомагає місцевій економіці. Близько 2000 робітникам була надана робота протягом перших двох років будівництва. Дороги, прокладені для забезпечення доступу до станції, також з'єднали довколишні села, полегшуючи дітям діставання до шкіл. Водогін, прокладений до об'єкту будівництва, також під'єднав 33 села до водопровідної мережі.
          Незважаючи на це, деякі місцеві жителі мають проблеми. Абдельлатіф, який живе в місті Загора близько 120 кілометрів на південь, де високий рівень безробіття, вважає, що станція повинна зосередитися на створенні постійних робочих місць. Його друзі, що були найняті на роботу там, працювали за контрактом протягом лише декількох місяців. Після повного введення в дію станція потребує лише 50 ... 100 обслуговуючих робітників, тож закінчення буму з наданням роботи не за горами. "Компоненти обладнання виробляються за кордоном, але було би краще робити їх на місці, щоб з'явилася постійна поточна робота для місцевих", - говорить він.
          Гострішою проблемою є те, що для очищення дзеркал та охолодження пристроїв сонячна електростанція забирає велику кількість води від місцевого водосховища Ель Мансур Еддабі (El Mansour Eddahbi). Навіть до будівництва СЕС нестача води була проблемою в цих напівпустельних землях, бувають часті перебої з водою. Сільськогосподарська земля в долині Драа на південь звідси залежить від води з водосховища. Хоча Мустафа Селлам, менеджер СЕС, стверджує, що вода, використовувана станцією, становить до 0,5 % від поставок з водосховища, що мізерно мало в порівнянні з її потужністю. Все ж ці витрати на потреби СЕС достатні, щоб деяких фермерів поставити у нерівні умови і породити суперечки між ними. Тож СЕС впроваджує вдосконалення, щоб зменшити кількість води на свої потреби. Замість того, щоб покладатися на воду для очищення дзеркал, використовується стиснене повітря. І хоч зараз Noor 1 використовує воду для охолодження відпрацьованої пари з турбін, щоб перетворити її назад у воду і повторно використовувати у наступному циклі, з часом буде встановлено суху систему охолодження, яка використовує повітря.
            Нові частини СЕС наразі будуються. Noor 2 буде схожий на Noor 1, але Noor 3 буде експериментувати з різними конструктивними типами. Замість рядів дзеркал енергія Сонця буде захоплюватися і зберігатися  однією великою вежею, яка, як вважають, буде ефективнішою. Сім тисяч плоских дзеркал навколо вежі спрямують сонячні промені в напрямку приймача у верхній частині, все це потребує набагато менше місця, ніж за сучасного розташування дзеркал. Розплавлені солі, що заповнюють внутрішню частину вежі буде сприймати і зберігати тепло безпосередньо, усунувши потребу в гарячому мастилі. Подібні системи вже використовуються в Південній Африці, Іспанії та на кількох площадках у США - у пустелі Мохаве (Каліфорнія) та в Неваді. Але недавно зведена конструкція в рамках проекту Уарзазате є найвищою в світі конструкцією такого роду (26 м).
            Є інші станції в Марокко у стадії будівництва. В наступному році почнеться будівництво на двох площадках на південному заході, недалеко від Лаайюна і Буждура, і продовжиться будівництво СЕС поблизу Taтa і Міделта. Успіх таких СЕС в Марокко та в Південній Африці може спонукати інші африканські країни зайнятися сонячною енергією. Південна Африка вже увійшла у десятку найбільших в світі виробників сонячної енергії. Вже і Руанда є домом для першої сонячної станції Східної Африки, яка була відкрита в 2014 р. Великі СЕС плануються для Гани, Уганди та Мозамбіка.
           Тож африканське сонце може в кінцевому підсумку перетворити континент у постачальника енергії для решти світу. Селлам покладає великі надії на Noor. "Наша головна мета полягає в тому, щоб стати енергетично незалежною, але якщо одного чудового дня ми виробимо зайве, то ми могли б також поставити енергію у інші країни", - говорить він. Уявіть, як ви заряджаєте електромобіль в Берліні електроенергією, виробленою в Марокко!
           Хмари в Уарзазате як надійшли, так і розсіялися, Африка планує сонячні дні.

ps: на жаль, жодних енергетичних харатеристик електростанції не наведено, ні поточних, ні проектних величин... для такого способу зберігання цікаво було б знати ККД станції і порівняти цю характеристику з такою ж для варіанту отримання електрики через фотоелектричний ефект і накопичення в електричних акумуляторах