Растения научили превращать свет в топливо

Биологи нашли новый способ использовать солнечную энергию в благих целях. Изменив механизм фотосинтеза в растениях, они научились расщеплять воду на водород и кислород, высвобождая при этом энергию. Статья об этом опубликована в Nature Energy.

Фотосинтез — сам по себе процесс «переработки» солнечного света в энергию, который используют растения. Кислород — его побочный продукт, образующийся в результате разложения поглощенной растением воды. Пожалуй, фотосинтез — важнейшая реакция для всего живого на Земле, так как продуцирует почти весь кислород в атмосфере планеты. Водород же, который также образуется при расщеплении воды в ходе фотосинтеза, в потенциале может быть экологичным и неисчерпаемым источником энергии.

Группа исследователей во главе с академиками из Колледжа Святого Иоанна при Кембриджском университете использовала солнечный свет, чтобы расщепить воду на водород и кислород во время процесса искусственного фотосинтеза, который ученые подкорректировали при помощи биологических компонентов и новых технологий. При таком методе растения поглощают больше солнечного света, чем обычно.

«Естественный фотосинтез неэффективен, так как он развивался исключительно ради выживания растений, поэтому он обеспечивает минимальную необходимую энергию — лишь 1-2% от того, сколько в потенциале может выдать», — прокомментировала одна из авторов работы Катаржина Сокол.

Искусственный фотосинтез существует уже много десятилетий, но его еще ни разу успешно не применили для создания возобновляемой энергии, так как он основан на действии дорогих и токсичных катализаторов. По этой же причине никто не пытался задействовать его на промышленном уровне.

Кембриджское исследование — часть масштабных работ по совершенствованию метода полу-искусственного фотосинтеза с целью перейти к полностью искусственному фотосинтезу, использующему ферменты.

Команда исследователей во главе с Сокол не только смогла увеличить количество произведенной и накопленной энергии, но и активировала процесс фотосинтеза в водорослях, который тысячелетиями был неактивен.

«Гидрогеназа — это фермент, присутствующий в водорослях, способный уменьшать количество протонов в водороде. В ходе эволюции его выработка в водорослях была деактивирована, поскольку не требовалась для выживания. Мы смогли преодолеть это ограничение и достичь желаемой реакции — расщепления воды на водород и кислород», — пояснила Сокол.

Исследовательница надеется, что разработанная ее группой методика будет применяться в инновационных системах для преобразования солнечной энергии. Это первая модель, которая успешно использует гидрогеназу и фотосистемы для процесса полу-искусственного фотосинтеза, запускаемого исключительно солнечным светом.

Два года назад настоящим прорывом в этой области стало создание устройства для искусственного фотосинтеза учеными из Юлихского исследовательского центра. Рабочий прототип устройства представлял собой небольшой автономный блок, площадь рабочей поверхности которого — всего 64 квадратных сантиметра.