Новые возможности искусственного фотосинтеза

Устройство, разработанное командой из Кембриджского университета, является значительным шагом к достижению искусственного фотосинтеза — процесса, имитирующего способность растений преобразовывать солнечный свет в энергию. Аппарат основан на передовой технологии «фотошаблонов» и преобразует солнечный свет, углекислый газ и воду в кислород и муравьиную кислоту — пригодное для хранения топливо, которое можно использовать напрямую или преобразовать в водород.

Устройство, разработанное командой из Кембриджского университета, является значительным шагом к достижению искусственного фотосинтеза — процесса, имитирующего способность растений преобразовывать солнечный свет в энергию. Результаты, опубликованные в журнале Nature Energy, представляют новый метод преобразования диоксида углерода в чистое топливо. Беспроводное устройство можно масштабировать и использовать на энергетических «фермах», подобных солнечным, для производства чистого топлива с использованием солнечного света и воды.

Использование солнечной энергии для преобразования углекислого газа в топливо — многообещающий способ сократить выбросы углерода и отказаться от ископаемого топлива. Однако произвести это чистое топливо без нежелательных побочных продуктов сложно.

«Было сложно добиться искусственного фотосинтеза с высокой степенью селективности, так что вы преобразовываете как можно больше солнечного света в желаемое топливо, а не останетесь с большим количеством отходов», — сказал первый автор д-р. Цянь Ван из Кембриджского химического факультета.

«Кроме того, хранение газообразного топлива и отделение побочных продуктов могут быть сложными — мы хотим достичь точки, в которой мы сможем чисто производить жидкое топливо, которое также можно легко хранить и транспортировать», — сказал профессор Эрвин Рейснер, сотрудник газеты.

В 2019 году исследователи из группы Рейснера разработали солнечный реактор, основанный на конструкции «искусственного листа», который также использует солнечный свет, углекислый газ и воду для производства топлива, известного как синтез-газ. Новая технология выглядит и ведет себя очень похоже на искусственный лист, но работает иначе и производит муравьиную кислоту.

В то время как в искусственном листе использовались компоненты солнечных элементов, новое устройство не требует этих компонентов и полагается исключительно на фотокатализаторы, встроенные в лист, для производства так называемого листа фотокатализатора. Листы состоят из полупроводниковых порошков, которые можно легко и экономично изготавливать в больших количествах.

Кроме того, эта новая технология более надежна и позволяет производить чистое топливо, которое легче хранить, и демонстрирует потенциал для производства топливных продуктов в больших масштабах. Размер тестового образца составляет 20 квадратных сантиметров, но исследователи говорят, что относительно несложно масштабировать его до нескольких квадратных метров. Кроме того, муравьиная кислота может накапливаться в растворе и химически превращаться в различные виды топлива.

«Мы были удивлены, насколько хорошо он работал с точки зрения избирательности — он почти не производил побочных продуктов», — сказал Ван. «Иногда что-то работает не так хорошо, как вы ожидали, но это был редкий случай, когда это действительно сработало лучше».

Катализатор на основе кобальта для преобразования диоксида углерода прост в изготовлении и относительно стабилен. Хотя эту технологию будет легче масштабировать, чем искусственный лист, эффективность все равно необходимо повысить, прежде чем можно будет рассматривать какое-либо коммерческое развертывание. Исследователи экспериментируют с рядом различных катализаторов для повышения стабильности и эффективности.

Источник

Метки: фотосинтез