Новые «бионические» листья почти в 10 раз эффективнее, чем природный фотосинтез

Листья деревьев, стебли травы, одиночные клетки водорослей – все эти природные комплексы создают топливо из простой комбинации воды, солнечного света и углекислого газа путем фотосинтеза. Сегодня ученые заявляют, что им удалось воспроизвести и даже несколько усовершенствовать этот механизм с помощью изобретения, получившего название «бионического листа».

Химик Даниель Носера из Гарвардского университета и его коллеги объединили усилия с целью создания устройства, представляющего собой нечто вроде живой батареи, которое они называют бионическим листом, поскольку в нем комбинируется биология и технология. Оно использует электрическую энергию, полученную от солнца с помощью фотоэлектрической панели для энергоснабжения химической реакции, расщепляющей воду на кислород и водород. Затем микроорганизмы, входящие в систему, поглощают этот водород и преобразуют углекислый газ, содержащийся в атмосферном воздухе, в спирт, который можно использовать в качестве топлива.

Первое устройство искусственного фотосинтеза, созданное этой группой ученых в 2015 году, давало 216 миллиграммов спиртового топлива на литр воды, однако никель-молибден-цинковый катализатор, благодаря которому и происходила реакция расщепления воды, обладал неблагоприятным побочным эффектом, который приводил к уничтожению микроорганизмов.

В связи с этим исследователи вынуждены были искать более подходящий катализатор, и наконец, согласно недавней публикации в журнале «Science», им удалось добиться желаемого результата. Необходимыми свойствами катализатора обладает сплав кобальта и фосфора, уже применяемый для антикоррозионного покрытия для пластиковых и металлических поверхностей. С этим новым катализатором бионический лист в версии 2.0 продемонстрировал повышение эффективности продуцирования спиртовых видов топлива, таких как изопропанол и изобутанол, до десяти процентов. Другими словами, на каждый затраченный киловатт-час электроэнергии, микроорганизмы могут извлечь из атмосферного воздуха 130 граммов углекислого газа и произвести 60 граммов изопропанолового топлива. Это преобразование обладает почти в 10 раз большей эффективностью по сравнению с природным фотосинтезом.

Даниель Носера заявляет, что благодаря преобразованию атмосферного углекислого газа в топливо, эта новая биореакторная технология может способствовать решению проблем, связанных с потеплением климата на планете и в то же время обеспечить человечество экологически безопасными видами топлива.