Изследователите използват полу-изкуствена фотосинтеза за създаване на слънчева енергия

Един от по-дългите усилия да се развие не само възобновяема енергия, но и да се помогне за смекчаване на изменението на климата чрез премахване на въглеродния диоксид от атмосферата, е процес, наречен изкуствена фотосинтеза. Както подсказва името, това поле обхваща усилията да се направи това, което растенията да - разделят молекулите на водата в енергийно-придаващ водород и дишащ кислород, използвайки естествена слънчева светлина - по начин, който е по-енергийно ефективен.

Ако учените могат да разберат как да пресъздадат процеса, в който растенията превръщат CO2, затоплящ климата, в чиста енергия, можем да разработим теоретично неограничена чиста енергия, не само за хората тук на планетата Земя, но и за хората, които ще (надявам се) един ден нуждаят се от чист въздух и енергия, за да изследват и развият жилищни структури в космоса. Това е амбиция, която поне датира от 1912 година наука хартия, но има пречки, а именно, че изисква използването на скъпи, често замърсяващи катализатори.

За щастие, група изследователи от колежа „Сейнт Джонс” в университета в Кеймбридж казват, че е открила заобиколен начин, като успешно разделят кислородните и водородните молекули във вода, използвайки смесица от естествени процеси и технологии, създадени от човека. Това е процес, който наричат ​​полу-изкуствена фотосинтеза и казват, че може да помогне за революция в развитието на възобновяемата енергия. Техните констатации бяха публикувани в понеделник Nature.

"Естествената фотосинтеза може да се разглежда като биологичен план за превръщане на слънчевата енергия в химическа енергия и слънчеви горива", обясни първият автор Katarzyna Sokó в имейл до обратен, "В сравнение с естествената фотосинтеза, тази нова система прави по-ефективно използването на слънчевия светлинен спектър, осигурява високи добиви на конверсия и заобикаля няколко конкуриращи се метаболитни пътеки, което не може да се постигне само със синтетична биология или материалознание."

Какво представлява полу-изкуствената фотосинтеза?

Полу-изкуствената фотосинтеза е сравнително нова област на изследване, която се опитва да пресъздаде фотосинтезата, използвайки комбинация от синтетична биология и материалознание с оглед на приложенията за възобновяема енергия. Проучването в Кеймбридж се фокусира върху ензим, намерен в водорасли, наречен хидрогеназа, който се използва за разделяне на водородни и водни молекули в процес, който спира естествено, защото вече не е необходимо за оцеляването на водораслите.

„Нашата работа… предоставя инструментариума за разработване на бъдещи полу-изкуствени системи за преобразуване на енергия и„ повторно свързване ”на други фотосинтетични пътища“, добави Соко. "Например, прилагането на полу-изкуствена тандемна система може да се разшири отвъд реакцията на разделяне на водата за фотокатализацията на широк спектър от реакции, като превръщане на парниковия газ, CO2 в гориво."

Засега устройството е само доказателство за концепцията. Sokó обясни, че е „относително твърде крехка“ за промишлени приложения. Най-окуражаващата възможност, каза тя, може да бъде фактът, че толкова много различни изследователи с такива диво различни области на експертиза са успели да си сътрудничат за решаването на такъв важен проблем.

„Изненадващо предизвикателство беше колко много различни мултидисциплинарни области и сфери на експертиза бяха необходими за развитието на тази система, включително наука за материалите, нанотехнологии, неорганична химия, синтетична химия и биохимия“, каза тя. "Отне много години на изследвания и сътрудничество, за да придобием достатъчно знания."

Изследователите виждат иновации като тези, които са от съществено значение не само за гарантиране на бъдещето на възобновяемата енергия, но и за гарантиране, че космическите кораби на бъдещето могат да пътуват на дълги разстояния. През юли една международна група учени изготви доклад за това как да се проведат експерименти с фотоелектрохимични експерименти в среди с нулева гравитация.

Целта на този проект е да се търсят начини, по които изследователите да могат да провеждат експерименти като този на екипа на Кеймбридж, но в Космоса.

Допълнително докладване от Сара Слоут.