Ученые научились очищать воздух с помощью искусственного фотосинтеза

Группа ученых из Университета Центральной Флориды и Университета штата Флорида создали новый материал, который под действием видимого света за счет искусственного фотосинтеза перерабатывает углекислый газ в органические вещества. Исследование опубликовано в журнале Materials Chemistry A.

Попытки воспроизвести фотосинтез – преобразование энергии солнечного света в энергию химических связей, предпринимаются давно, но в последнее время они активизировались в связи с глобальным потеплением. Дело в том, что CO₂, служащий исходным сырьем для фотосинтеза, по вкладу в парниковый эффект уступает только водяному пару, содержащемуся в атмосфере.

Фотокаталитические свойства известны для некоторых небиологических веществ, в частности для металлоорганических каркасов – кристаллических соединений, состоящих из металлов и органических веществ. Обычно они проявляются при освещении ультрафиолетом, доля которого в солнечном свете составляет лишь 4 процента. К тому же, обычно в них используются крайне дорогие металлы, такие как платина, рений и иридий. Из-за этого использовать их для искусственного фотосинтеза очень дорого. В своей работе ученые решили использовать металлоорганический каркас на основе гораздо более доступного титана. Органическая часть по сути выполняла роль «антенны» для поглощения света. Немного модифицируя это вещество, исследователи могли изменять диапазон света, в котором он работает. Они решили адаптировать его для синего цвета.

Для имитации солнечного освещения инженеры собрали «фотореактор» – цилиндр, обклеенный изнутри светодиодной лентой, излучающей синий свет. Внутри цилиндра была подвешена колба с веществом, которую обдували углекислым газом. Гипотеза ученых подтвердилась и часть CO

была преобразована в органические вещества: формиат и формамид, которые можно рассматривать как

и использовать для получения энергии.

В дальнейшем ученые собираются увеличить КПД искусственного фотосинтеза и количество перерабатываемого CO₂, а также адаптировать свой материал для других диапазонов видимого света. Они также предложили концепцию, заключающуюся в создании на заводах с большим количеством выбросов парниковых газов специальных очистных станций, которые будут перерабатывать выделяемый производством CO₂, перерабатывать его в энергию и возвращать ее на завод.

Это далеко не первое исследование, посвященное искусственному фотосинтезу. Например, в 2015 году ученые создали устройство, которое на свету расщепляет воду на кислород и водород для водородно-кислородных топливных элементов, а затем в MIT показали похожее устройство, в котором полученный водород и углерод из воздуха перерабатываются генно-модифицированными бактериями в жидкое топливо. Некоторые исследователи предпочитают не создавать искусственные аппараты для фотосинтеза, а увеличивать эффективность фотосинтеза в растениях, как недавно сделала международная группа ученых.