Ученые впервые создали систему искусственного фотосинтеза

Ученые впервые создали систему искусственного фотосинтеза, которая может использовать углекислый газ из воздуха, а не в жидком виде. Достижение дает надежду на скорый выход подобных разработок из лаборатории. Результаты опубликованы в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

Искусственные листья — это спроектированные учеными системы, которые реализуют схожие с естественным фотосинтезом процессы. В результате их работы, так же как и растений, из воды и углекислого газа при помощи энергии солнечного излучения получаются углеводороды и кислород. Однако до сих пор все предложенные реализации работали только в лабораторных условиях, так как были рассчитаны на использование очищенного углекислого газа из баллонов под давлением. Многие исследователи надеются, что широкомасштабное применение этой технологии в будущем может помочь уменьшить концентрацию CO2 в воздухе, что поможет бороться с изменением климата.

В новой работе сотрудники Иллинойсского университета в Чикаго предложили новую модификацию искусственного листа, которая способна подобно растениям усваивать углекислый газ напрямую из воздуха, причем превращает его в топливо по крайней мере в 10 раз эффективнее природных систем. Для этого ученые поместили фотосинтезирующую систему в наполненную водой прозрачную капсулу из смолы на основе четвертичных аммониевых соединений, то есть веществ, в которых четыре органических остатка присоединены к азоту. Такая конструкция обеспечивала возможность испарения воды при нагревании светом, которая при прохождении сквозь мембрану приводила к селективному захвату углекислого газа из воздуха.

«Окружив искусственный лист на основе традиционной технологии такой специальной мембраной, вся система стала готова для функционирования на открытом воздухе, так же как и естественные листья, — прокомментировал разработку руководитель исследования Меенеш Сингх. — Наша концептуальная разработка использует только легкодоступные материалы и технологии, которые при комбинации позволяют создать готовый к применению искусственный лист, который может сыграть значительную роль в уменьшении количества парниковых газов в атмосфере.

Согласно подсчетам авторов, 360 созданных по новой технологии листьев размером 1,7 на 0,2 метра позволят получать около 500 килограмм монооксида углерода — основы для получения синтетического топлива. За день такое количество листьев, размещенное на площади в 500 квадратных метров, уменьшит концентрацию углекислого газа на 10% в радиусе 100 метров от установок.