Фотосинтез - это процесс, совершаемый растениями для образования органических веществ из углекислого газа и воды под действием света. Кислород является побочным продуктом фотосинтеза, он появляется после расщепления воды. Это, пожалуй, важнейшая реакция для всего живого на Земле, потому что она является источником почти всего кислорода в мире. Водород же, который также образуется при расщеплении воды, потенциально может быть экологичным и неисчерпаемым источником возобновляемой энергии.

  

Исследователи надеются, что разработанная группой методика будет применяться в инновационных системах для преобразования солнечной энергии. В новой публикации «Nature Energy» подробно описывается, как ученые из Лаборатории Рейснера кафедры химии Кэмбриджского университета разработали свой метод для расщепления воды с помощью солнечной энергии.

Экспериментальная установка, в которой проводился процесс полу-искусственного фотосинтеза
Экспериментальная установка, в которой проводился процесс полу-искусственного фотосинтеза
Фото: cam.ac.uk

«Естественный фотосинтез неэффективен, потому что он развивался исключительно ради выживания растений и обеспечивает минимальную требуемую энергию — лишь 1-2% от того, сколько в потенциале может выдать», - говорит Катаржина Сокол, автор исследования и аспирант в Колледже Святого Иоанна.

 

Искусственный фотосинтез существует уже много десятилетий, но он еще ни разу не был успешно использован для создания возобновляемых источников энергии, поскольку он основан на использовании катализаторов, которые зачастую дорогостоящи и токсичны. Это означает, что он пока не может быть задействован на промышленном уровне.

 

Кембриджское исследование — часть масштабных работ по совершенствованию метода полу-искусственного фотосинтеза с целью преодолеть существующие ограничения и перейти к полностью искусственному фотосинтезу, использующему ферменты.

 

Для получения газообразного водорода в разработанной системе используется фермент гидрогеназа. 

 

«Гидрогеназа - это фермент, присутствующий в водорослях, катализирующий образование молекулярного водорода. Когда-то гидрогеназа участвовала в процессе фотосинтеза некоторых видов водорослей. В ходе эволюции этот процесс был деактивирован, поскольку перестал быть необходимым для выживания. Ген, отвечающий за выработку гидрогеназы был "сломан" в ходе мутаций, - объяснила Сокол.

 

Биологам удалось восстановили этот ген в генно-модифицированных организмах и заставить его работать на благо человечества. Это позволило им обойтись без неорганических катализаторов со всеми их недостатками.

 

Два года назад настоящим прорывом в этой области стало создание устройства для искусственного фотосинтеза учеными из Юлихского исследовательского центра. Рабочий прототип устройства представлял собой небольшой автономный блок, площадь рабочей поверхности которого — всего 64 квадратных сантиметра.

 

Сокол надеется, что результаты позволят разработать новые инновационные модельные системы для преобразования солнечной энергии.

 

Она добавила: «Удивительно, что мы можем выбирать процессы и получать желаемый результат - реакцию, которая недоступна в природе. Эта работа решает множество сложных проблем, связанных с внедрением биологических и органических компонентов в неорганические материалы и открывает инструментарий для разработки будущих систем преобразования солнечной энергии».

 

Напоминаем Вам, что в нашем журнале "Наука и техника" Вы найдете много интересных оригинальных статей о развитии авиации, кораблестроения, бронетехники, средств связи, космонавтики, точных, естественных и социальных наук. На сайте Вы можете приобрести электронную версию журнала за символические 60 р/15 грн.

В нашем интернет-магазине вы найдете также постерымагнитыкалендари с авиацией, кораблями, танками.