Не удовлетворившись использованием гибридного искусственного фотосинтеза, который преобразует углекислого газа в пластмассу и биотопливо, исследователи в Национальной лаборатории Лоренса Беркли (Berkeley Lab) утверждают, что произвели улучшенную систему, которая использует воду и солнечную энергию для получения водорода, который, в свою очередь используется для производства метана, основного элемента природного газа, из углекислого газа. Создание таких газов из возобновляемого ресурса может в один прекрасный день помочь укрепить или даже заменить ископаемое топливо.

Проще говоря, процесс фотосинтеза превращает световую энергию в химическую. В растениях и некоторых видах водорослей, энергия от получаемого солнечного света используется в качестве источника энергии для синтеза простых углеводов из углекислого газа и воды. В первоначальной гибридной системе Лаборатории Беркли оболочка из нанопроволоки, созданной из кремния и оксида титана, собирает солнечную энергию и транспортирует электроны к микробам, где они используют эту энергию для преобразования углекислого газа в различные химические соединения.

В последней версии системы искусственного фотосинтеза солнечная энергия была собрана с помощью подобной мембраны (но на этот раз фотокатоды состояли из фосфида индия, а фотоаноды – из диоксида титана), которая была использована для энергопитания процесса расщепления молекул воды на кислород и водород. Водород затем передавался набору микробов, которые использовали его для преобразования углекислого газа в метан. Таким образом, гибридная система собирала световую энергию и производила как водород, так и метан.

«Это исследование представляет собой еще один ключевой прорыв в процессе эффективной конвертации из солнечной энергии в химическую и искусственном фотосинтезе, - сказал профессор Пейдонг Ян (Peidong Yang), химик факультета материаловедения Лаборатории Беркли. - Создавая водород с помощью возобновляемых источников и передавая его микробам для производства метана, таким образом мы можем ожидать более чем 50 % эффективности при процессе конвертации электрической энергии в химическую и 10% эффективности при конвертации солнечной энергии в химическую, если наша система работает в сочетании с современной солнечной панелью и электролизером».

Несмотря на то, что фундаментальные основы двух экспериментов с фотосинтезом в значительной степени похожи, в первом варианте работы для преобразования углекислого газа при помощи электричества исследователи использовали анаэробные бактерии Sporomusa Ovata. В последнем варианте ученые заполняли мембрану Methanosarcina barkeri, которые являются анаэробными археями (одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра, а также каких-либо мембранных органелл), которые преобразуют углекислый газ, используя непосредственно сам водород. Таким образом, вода превращается в водород с помощью реакции выделения водорода, где реакция катализируется добавлением наночастиц из сульфида никеля, которые эффективно работают при биологически совместимых условиях.

«Использование водорода, а не электронов, в качестве энергоносителя делает процесс намного более эффективным, поскольку молекулярный водород из-за его химических связей имеет гораздо большую плотность энергии для ее выгодного хранения и транспортировки», - говорит Мишель Чанг (Michelle Chang), доцент химии в Лаборатории Беркли, член исследовательской группы.

Хотя это исследование является многосторонним подходом к производству ряда газов и химических веществ, это также метод, который включает использование живых организмов.

Таким образом, даже если чисто электрические методы производства водорода при помощи солнца повышают свою эффективность, и становится возможным использовать солнечную энергию в сочетании с дешевыми и обильными минеральными элементами, чтобы создать водород, идея производства ряда полезных, богатых энергией газов с помощью только солнечного света, воды, углекислого газа и природных микробов, имеет весьма большой потенциал в создании по-настоящему экологически чистой и самодостаточной системы производства энергии в коммерческих масштабах.

FacePla.net