QAZAQ GREEN. Зеленые растения — это настоящее чудо природы. Получая питание только от солнечного света, они способны производить собственную пищу и топливо. Ученые со всего мира стремятся создать топливо для людей по аналогии с этим способом. Новое устройство использует энергию солнечного света для получения жидкого топлива, как сообщается в Science News Explores.

Если это устройство можно будет успешно масштабировать, оно может способствовать декарбонизации общества по всему миру. Этот шаг необходим для ограничения климатических изменений.

Большинство растений имеют листья, содержащие хлорофилл. Под воздействием солнечного света этот зеленый пигмент превращает воду и углекислый газ (CO2) в сахар и кислород.

Один из белков в хлорофилле разлагает молекулы воды, объясняет Юлия Пушкарь, биофизик из Университета Пердью в штате Индиана. «В искусственном фотосинтезе мы стремимся имитировать функции белков [растений]», - говорит она.

Энергия выделяется при разрыве связей, соединяющих атомы водорода и кислорода воды. Эта энергия запускает остальную часть процесса фотосинтеза, в результате чего образуются сахара, обеспечивающие рост растений. Ученые стремятся создать экологически чистую альтернативу ископаемому топливу. Такие топлива могут быть использованы для отопления или в двигателях, например, в автомобилях или самолетах.

Исследователи из Кембриджского университета (Англия) нашли одно из решений этой проблемы. Их новое «искусственный лист» создает спиртовое топливо - этанол и пропанол - из CO2 и воды.

При этом оно «получает энергию только из солнечного света», - говорит Мотиар Рахаман, руководитель этого исследования. При сгорании этих спиртовых топлив выделяется энергия, вода и кислород, но не газы, способствующие парниковому эффекту.

Различные материалы могут расщеплять молекулы воды. В новом устройстве группы из Кембриджа для этой цели используются минералы.

Их «листья» представляют собой солнечные элементы, изготовленные из минерала - перовскита (Pur-OV-skyte). Они поглощают свет и высвобождают электроны. Эти части соединены с катализаторами, изготовленными из меди и палладия, которые превращают CO2 в спиртовое топливо. Другой минерал - ванадат висмута - поглощает свет и расщепляет молекулы воды, освобождая кислород.

Все эти элементы вместе создают солнечные «листья».

Под воздействием солнечного света в воде, обогащенной CO2, эти солнечные «листья» начинают процесс расщепления воды. Это приводит к выделению кислорода, а катализатор преобразует CO2 в спиртовое топливо.

Пейдонг Янг из Калифорнийского университета в Беркли также работает над созданием искусственных «листьев». Химик высоко оценивает кембриджские «листья» за их способность производить жидкое топливо из солнечной энергии. Однако он отмечает, что существуют более эффективные способы получения солнечного топлива.

Вместо использования минералов, поглощающих свет, группа Янга работает с бактериями. В этом случае солнечный свет используется для расщепления молекул воды на кислород, электроны и протоны. Затем бактерии соединяют CO2 с этими компонентами и эффективно производят химический ацетат. Эта небольшая жирная кислота впоследствии может быть преобразована в другие виды топлива.

Сотрудничество с бактериями позволяет получать не только топливо, считает Джоанна Каргул, биохимик из Варшавского университета в Польше. Она руководит лабораторией по солнечным топливам. «Мы можем производить пластмассы, удобрения и практически все, что сейчас зависит от ископаемого топлива», - говорит она о таких бактериальных системах.

Каргул также высоко оценивает устройство, созданное группой из Кембриджа. Тем не менее, она отмечает, что вывод любого из этих устройств за пределы лаборатории и в реальное использование очень сложен. Сначала необходимо повысить эффективность этих инструментов. При увеличении их масштабов могут возникнуть новые технические проблемы (например, короткое замыкание).

Кроме того, по ее словам, использование минеральных ресурсов является менее эффективным путем создания таких видов топлива. Для масштабирования таких систем потребуется большое количество этих материалов. Поэтому важно, чтобы они были доступны и недороги.

Компания Lanzatech из Скоки, Иллинойс, недавно расширила масштабы одной из технологий производства искусственных листьев. Ее система позволяет создавать реактивное топливо, пластмассы и синтетические ткани из бактерий, питающихся CO2, которые выбрасываются атмосферу близлежащими предприятиями.

Когда же солнечное топливо станет широко доступным? 

По мнению Каргул, портативные системы смогут производить такое топливо по мере необходимости примерно через 25 лет. Эти системы не будут использовать токсичные продукты и не будут загрязнять окружающую среду, а будут создавать топливо непосредственно из солнечной энергии.