Искусственный фотосинтез поможет создать биотопливо из воздуха

Ученые предложили технологию «искусственных листьев» — систему искусственного фотосинтеза, которая сможет потреблять углекислый газ из атмосферы и делать из него газ угарный. Из угарного газа затем можно получать спирт или метан — чтобы, например, производить на их основе биотопливо.

С настоящим фотосинтезом общего у системы мало. В листьях растений идет процесс, при котором вода и углекислый газ под действием света и при ключевом участии сложной и громоздкой биохимии превращается в глюкозу и кислород. Искусственный же фотосинтез, о котором идет речь в этом проекте — это, если вкратце, восстановление CO2 до CO под действием света и металлических катализаторов с выделением кислорода. Хотя сам по себе угарный газ — опасная отрава, из него можно получить много полезных веществ, например спирт, метанол, этилен и муравьиную кислоту.

Одна из сложностей в искусственном фотосинтезе связана с источником углекислого газа. В том виде, в каком он содержится в воздухе, CO2 для реакций малопригоден.

Его нужно подавать под давлением, чтобы затея имела смысл. Ученые из Университета Иллинойса предложили новый подход, в котором искусственно нагнетать углекислоту не нужно. Они решили использовать мембрану из анионообменной смолы, которая пропускает в одну сторону CO2, но в обмен на воду.

Таким образом, если смочить мембрану, она будет подавать углекислый газ, куда надо «самотеком» — например туда, где идет реакция по превращению CO2 в CO.

Ученые предложили поместить всю начинку с катализаторами, которая производит угарный газ, в капсулу размером 1,7×0,2 метра из четвертичной аммониевой смолы, заполненной водой. Условно, такие приспособления можно назвать «листьями», которые действительно будут забирать из воздуха углекислый газ и отдавать кислород, вырабатывая при этом CO, нужный для синтеза полезных углеводородов.

Авторы статьи провели расчеты, использовав уже имеющиеся данные об эффективности работы мембран, пропускающих CO2, реакций его восстановления, синтеза продуктов и стоимости всех реагентов и материалов. Расчеты показали, что система из таких листьев общей площадью 122 квадратных метра сможет производить 0,4 тонны CO в сутки, по цене примерно $185 за тонну. КПД процесса ожидается примерно в 14%, что примерно в 5 раз выше, чем эффективность настоящего фотосинтеза у растений. При этом что вся установка сможет за сутки снижать концентрацию углекислого газа на 10% на территории в радиусе 100 метров.