Нова "изкуствена" фотосинтеза е 10 пъти по-ефективна от предишните опити

Ваня Милева Последна промяна на 18 ноември 2022 в 00:01 3262 0

Близък поглед на хлоропластите - естествения механизъм, който растенията използват за фотосинтеза. Изследователите са разработили метод за изкуствена фотосинтеза, който е 10 пъти по-ефективен от предишните опити. Кредит: Wikimedia Commons

Нов метод за изкуствена фотосинтеза може да доближи хората до използването на механизмите на растенията за производство на горива.

Новата система е 10 пъти по-ефективна от предишните методи за синтетична фотосинтеза. Докато естествената фотосинтеза позволява на растенията да превръщат въглеродния диоксид (CO2) и водата във въглехидрати, използвайки силата на слънцето, изкуственият метод може да превръща въглеродния диоксид и водата в енергоемки горива като метан и етанол. Това би могло да осигури алтернатива на изкопаемите горива, които се добиват чрез сондажи от древни скали.

"Най-голямото предизвикателство, което много хора не осъзнават, е, че дори природата няма решение за количеството енергия, което използваме", коментира химикът от Чикагския университет Уенбин Лин (Wenbin Lin), един от авторите на новото изследване. Естествената фотосинтеза, макар и достатъчна за изхранване на растенията, не може да осигури количеството енергия, необходимо за захранване на нашите домове, градове и държави. "Ще трябва да се справим по-добре от природата, а това е страшно".

Изследователите от години се опитват да заимстват механизмите на фотосинтезата, за да създават желаните от тях химични вещества, но не е лесно да се промени фотосинтезата, за да служи на човешките нужди. Процесът е сложен и включва две стъпки: Първо, разпадане на водата и CO2 и второ, повторно свързване на атомите във въглехидрати. Лин и екипът му е трябвало да създадат система, която вместо това да произвежда метан, или CH4, представляващ въглерод, заобиколен от четири молекули водород.

Въпреки че изгарянето на този синтетичен метан все пак би довело до емисии на парникови газове, изследователите работят и върху използването на изкуствена фотосинтеза за производство на водородни горива, при които се отделят само водни пари и топъл въздух.

За тази цел те започват с металоорганична рамка - мрежа, изградена от заредени метални атоми, свързани с органични молекули. Изследователите потапят единични слоеве от тази металоорганична рамка в разтвор на кобалт - този елемент е добър в улавянето на електрони и преместването им по време на химични реакции.

След това изследователите правят нещо, което не е било опитвано досега. Те добавят аминокиселини - молекулярните градивни елементи на протеините - към сместа. Тези аминокиселини повишават ефективността и на двете страни на реакцията, като разграждат CO2 и водата и ги възстановяват като метан. Получената система е 10 пъти по-ефективна от предишните методи за изкуствена фотосинтеза, съобщава екипът в списание Nature Catalysis.

Това обаче все още не е достатъчно ефективно, за да се произведе достатъчно количество метан за използване на горива от човека.

"Там, където сме сега, ще трябва да се увеличи мащаба с много порядъци, за да се произвежда достатъчно количество метан за нашето потребление", посочва Лин. По думите му обаче екипът е успял да определи как работи системата на молекулярно ниво, което досега не е било напълно разбрано. Разбирането на процеса е решаваща стъпка, преди да могат да увеличат мащаба му.

Ако в момента системата не е достатъчно ефективна за захранване на автомобили или отопление на домове, тя вече може да е приложима за други приложения, които не изискват толкова голям обем на продукта. Например, отбелязва Лин, подобен метод може да се използва за производство на основни химикали за фармацевтични продукти.

"Много от тези основни процеси са едни и същи", заявява Лин. "Ако се разработят добри химични продукти, те могат да се включат в много системи."

Справка: Lan, G., Fan, Y., Shi, W. et al. Biomimetic active sites on monolayered metal–organic frameworks for artificial photosynthesis. Nat Catal (2022). https://doi.org/10.1038/s41929-022-00865-5

Източник: New 'artificial' photosynthesis is 10x more efficient than previous attempts, Live Science

Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Животът

Коментари

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !