Новая инновационная система искусственного фотосинтеза эффективнее природного
На протяжении последних двух столетий технологический рывок человечества стал возможен благодаря запасам ископаемого топлива, но эти ресурсы конечны, учитывая растущие потребности человечества в энергии. Команда американских химиков разработала инновационную систему искусственного фотосинтеза, в разы более эффективную, чем любые решения до этого. В отличие от естественной, которая производит углеводы из двуокиси углерода и воды, искусственный фотосинтез может давать этанол, метан или другое топливо, пишет hightech.plus.
Для того чтобы удовлетворить потребность населения Земли в энергии, ученые ищут пути усовершенствования естественных процессов фотосинтеза. Один из возможных вариантов — «искусственный фотосинтез», взятая у растений и переработанная система производства топлива. Однако химические процессы, действующие в каждом зеленом листочке, настолько сложны, что их крайне непросто перенаправить на выполнение других задач.
Без фотосинтеза на Земле не было бы кислорода, но углеводы, отлично подпитывающие наш организм, не могут служить топливом для наших автомобилей, которым необходима более концентрированная энергия. Альтернативу для нефти и природного газа некоторые ученые видят в метане и этаноле, пишет Phys.org.
В природе фотосинтез осуществляют несколько очень сложных комплексов белков и пигментов. Они поглощают воду и углекислый газ, расщепляют молекулы и перераспределяют атомы, чтобы получить углеводы. Над задачей получения вместо углевода метана (СН4) химики бьются десятки лет. Группа ученых из Университета Чикаго решила добавить в реакцию то, чего в природном фотосинтезе нет — аминокислоты.
За основу они взяли металл-органические каркасные структуры (MOF), класс материалов из ионов металла, связанных органическими молекулами. Затем они создали из него слой, который стал поверхностью для химических реакций, и погрузили его в раствор с кобальтом. И, в завершении, добавили аминокислоты.
Результат показал, что таким образом можно улучшить обе половины реакции: процесс расщепления воды и процесс соединения электронов и протонов с диоксидом углерода. В обоих случаях, аминокислоты повысили эффективность реакции на один порядок по сравнению с прошлыми достижениями в этой области.
Впрочем, даже при значительном повышении производительности искусственному фотосинтезу предстоит пройти долгий путь, прежде чем он сможет производить достаточно энергии. Тем не менее, это важный шаг в нужном направлении. Кроме того, открытие можно применять в других химических реакциях, например, в фармацевтике или производстве нейлона.
Биологи из Калифорнийского университета выяснили, как можно полностью отказаться от солнечного света и при этом ускорить рост растений. Используя ацетат в качестве источника углерода, ученые успешно вырастили несколько культур и пищевых микробов в абсолютной темноте.
