Pētnieki izmantoja daļēji mākslīgo fotosintēzi, lai izveidotu saules enerģiju

Viens no ilgstošākajiem centieniem ne tikai attīstīt vairāk atjaunojamo enerģiju, bet arī palīdzēt mazināt klimata pārmaiņas, no atmosfēras izdalot oglekļa dioksīdu, ir process, ko sauc par mākslīgo fotosintēzi. Kā norāda nosaukums, šajā jomā ir iekļauti centieni darīt to, ko augi sadalīt ūdeņraža molekulās ar ūdeņraža enerģiju un elpojošu skābekli, izmantojot dabisko saules gaismu - paši tādā veidā, kas ir energoefektīvāks.

Ja zinātnieki var noskaidrot, kā atjaunot procesu, kurā augi pārveido klimata sasilšanu CO2 par tīru enerģiju, mēs varētu izstrādāt teorētiski neierobežotu tīru enerģiju ne tikai šeit esošajiem cilvēkiem uz planētas Zemes, bet arī cilvēkiem, kuri (cerams) vienu dienu nepieciešama tīra gaisa un enerģija, lai izpētītu un attīstītu dzīvojamās struktūras kosmosā. Tas ir mērķis, kas vismaz aizsākās 1912. gadā Zinātne papīrs, bet ir bijuši šķēršļi, proti, tas prasa dārgu, bieži piesārņojošu katalizatoru izmantošanu.

Par laimi, Cambridge universitātes St John's koledžas pētnieku grupa apgalvo, ka, iespējams, ir atklājuši risinājumu, veiksmīgi sadalot skābekļa un ūdeņraža molekulas ūdenī, izmantojot dažādus dabiskus procesus un cilvēka radītas tehnoloģijas. Tas ir process, ko viņi sauc par daļēji mākslīgu fotosintēzi, un viņi saka, ka tas var palīdzēt revolucionizēt atjaunojamās enerģijas attīstību. Viņu atklājumi tika publicēti pirmdien Daba.

“Dabisko fotosintēzi var uzskatīt par saules enerģijas pārveidošanas ķīmisko enerģiju un saules enerģiju bioloģisko plānu,” skaidroja pirmais autors Katarzyna Sokó e-pastā uz Apgrieztā. “Salīdzinot ar dabisko fotosintēzi, šī jaunā sistēma efektīvāk izmanto saules gaismas spektru, nodrošina augstu konversijas ražu un apiet vairākus konkurējošus vielmaiņas ceļus, kas nav sasniedzami, izmantojot tikai sintētisko bioloģiju vai materiālu zinātni.”

Kas ir daļēji mākslīgā fotosintēze?

Daļēji mākslīgā fotosintēze ir salīdzinoši jauna pētniecības joma, kas mēģina atjaunot fotosintēzi, izmantojot sintētiskās bioloģijas un materiālu zinātnes kombināciju ar atjaunojamās enerģijas lietojumu. Kembridžas pētījumā galvenā uzmanība tika pievērsta aļģēm, ko sauc par hidrogenāzi, kas izmantoja, lai sadalītu ūdeņraža un ūdens molekulas procesā, kas dabiski izzuda, jo tas vairs nav nepieciešams aļģu izdzīvošanai.

„Mūsu darbs… nodrošina instrumentu kopumu, lai izstrādātu nākotnes daļēji mākslīgas sistēmas enerģijas pārveidei un“ pārstrukturētu ”citus fotosintētiskos ceļus,” piebilda Sokó. “Piemēram, daļēji mākslīgo tandēmu sistēmas pielietojumu varētu paplašināt ārpus ūdens sadalīšanas reakcijas, lai fotokatalizētu plašu reakciju spektru, piemēram, siltumnīcefekta gāzu, CO2 pārveidošanu par degvielu.”

Šobrīd ierīce ir tikai koncepcijas pierādījums. Sokó izstrādāja, ka tā ir „salīdzinoši pārāk trausla” rūpnieciskiem lietojumiem. Viņa teica, ka vislielākais aizraujošais ceļš ir fakts, ka tik daudz dažādu pētnieku ar tik ļoti dažādām zināšanām varēja sadarboties, lai atrisinātu šādu svarīgu problēmu.

„Tas bija pārsteidzoši izaicinājums, cik daudz dažādu daudzdisciplīnu jomu un kompetenču bija nepieciešamas, lai attīstītu šo sistēmu, tostarp materiālu zinātne, nanotehnoloģija, neorganiskā ķīmija, sintētiskā ķīmija un bioķīmija,” viņa teica. „Lai iegūtu pietiekamas zināšanas, bija vajadzīgi daudzu gadu pētījumi un sadarbība.”

Pētnieki uzskata, ka inovācijas ir būtiskas ne tikai atjaunojamās enerģijas nākotnes nodrošināšanai, bet arī tam, lai nākotnes kosmosa kuģi varētu ceļot lielos attālumos. Jūlijā starptautiska zinātnieku grupa sagatavoja dokumentu par to, kā eksperimentēt ar fotokrēmiskiem eksperimentiem nulles smaguma apstākļos.

Šī projekta mērķis ir meklēt veidus, kā pētnieki varētu veikt tādus eksperimentus kā Kembridžas komandai, bet kosmosā.

Sarah Sloat papildu ziņojumi.