Штучна система перевершує природний лист у ефективність фотосинтезу

Дослідники в Гарвардському університеті створили біонікальну систему, яка перетворює та зберігає сонячну енергію хімічно за допомогою гібридного механізму неорганічних матеріалів та живих мікроорганізмів. Така схема дозволяє вирішити відразу дві проблеми:

1) збереження сонячної енергії, яка виробляється в надлишок протягом дня, часу польоту і який не доступний ввечері;

(2) видалення надлишок CO2 від атмосфери.

Новий винахідник перевершує ефективність всіх існуючих подібних розробок і навіть перевершує фотосинтез природи. Наукова стаття опублікована 3 червня в журналі Science.

«Я думаю, що це насправді досить захоплююче дослідження», - сказав Йоганнес Лішнер Імперського коледжу Лондон. Перетворення сонячних променів в високоефективні хімічні палива, як і Свята Грайл для відновлюваної енергії.

Біонічна система - банк з двома електродами, водою та колонією бактеріїв Ральстонієвої евтрофії. Електричний струм пропускають через електроди і декомпозує молекули води, випускаючи водню газ.



В результаті водню вже можна використовувати як паливо, але вчені вирішили ускладнити систему, щоб зробити його більш ефективним. На наступному кроці бактеріями Ральстонієвої евтрофи приходять гри, які живляться на водню і СО2 з атмосфери. Завдяки цим поживним речовинам, колонія бактерій активно зростає за розміром. Серед продуктів життєдіяльності мікроорганізмів є різні корисні хімічні речовини. Вчені експериментували з генетичними модифікаціями та бактеріями, які виробляють різні види спирту (C3 та C4+C5 на діаграмах) та прекурсорів пластику (PHB на діаграмах).



Вчені намагаються вирощувати бактерії на електродах протягом десятиліть, щоб отримати їх до участі в хімічній мережі реакцій, але в процесі постійно виникнуть різні проблеми, які перешкоджають створенню дійсно ефективної системи.

Основними з цих проблем є відмивання важких металів від електродів, а також поява кисню в активному вигляді. Обидва ці процеси пригнічують життя щасливих, здорових бактерій. Важливим відкриттям Гарвардських хіміків було використання системи електролізу з катодом і анодом на основі кобальту. Суть катоду та аноду виробляють синергетичну дію, що представляє систему самозбереження. Якщо одна деградація, інші подає її речовинами, і навпаки.

За словами незалежних експертів, які не беруть участь у цьому дослідженні, наукова робота є дійсно революційною. Вперше в історії вчені змогли поєднувати хімічні електролізи з діяльністю бактерій з високою ефективністю перетворення енергії та збереження енергії. Робота в цьому напрямку з 1960-х років.



Авторами дослідження вдалося досягти ефективності скорочення CO2 близько 50% при виробництві бактеріальної біомаси та рідкого спирту. 180 грам СО2 споживають на 1 кВт•год електроенергії.

Якщо ви поєднуєте цю систему з традиційними сонячними клітинами, ефективність відновлення CO2 будедо 10%Це вище натурального фотосинтезу.

Вчені запропонують, що їх ефективна система електролізу, яка перетворює енергію в рідке паливо, виявить застосування в першу чергу в країнах, що розвиваються, де відсутня розвинена електрична інфраструктура для розподілу та зберігання електроенергії, що генерується сонячними панелями протягом дня.

У майбутньому технологія може знайти широке застосування. Для виробництва не тільки спирту, але й інших матеріалів дуже важливо, щоб бактерії були генетично розвиненими і придатними. Все це можна отримати в необмежених кількостях буквально з повітря і сонячного світла, - сказав Брендан Колон, один з авторів наукової роботи.

Система вирішує проблему зберігання генерованої електроенергії, але також допомагає скористатися перевагою надлишок CO2, який людство випромінює в атмосферу, спалюючи мільйони тонн вуглеводнів щорічно.



P.S. І пам'ятайте, що просто змініть наше споживання – разом ми змінюємо світ!

Джерело: geektimes.ru/post/276910/