Искусственный фотосинтез произведет в 10 раз больше водородного топлива

Ученые Гарвардского университета и Гарвардской медицинской школы создали систему «Бионический лист 2.0», которая использует солнечную энергию для расщепления воды и получения жидкого водородного топлива.

При этом, по словам исследователей, новую технологию можно применять не только для производства топлива – это платформа, которая может создать любую молекулу на углеродной основе. Таким образом, новая система может стать универсальной.

«Это настоящая система искусственного фотосинтеза. Искусственный синтез и раньше использовался для расщепления воды, но эта система от А до Я повторяла природную, а нам удалось выйти далеко за эти рамки и значительно повысить производительность», – рассказывают ученые.

В природе фотосинтез – это процесс создания органических веществ (углеводов) из неорганических (углекислого газа и воды) с помощью энергии света и посредством катализатора – хлорофилла (зеленый пигмент растений). Исследовали использовали свои катализаторы и существенно повысили КПД.

Однако первая система, разработанная учеными, хотя и была способна использовать солнечную энергию для производства изопропанола, столкнулась с рядом проблем. В частности, катализатор, который использовали для получения водорода – сплав никеля, молибдена и цинка – помимо водорода, создавал активные формы кислорода, молекулы, которые разрушали ДНК-бактерии. Чтобы избежать этой проблемы, исследователи вынуждены были запускать систему при аномально высоком напряжении, что приводило к снижению эффективности.

Для новой версии «Бионического листа 2.0» ученые применили другой катализатор – сплав кобальта и фосфора, который не производит активных форм кислорода. Это позволило снизить напряжение и привело к резкому увеличению эффективности.

Теперь КПД системы составляет 10% и это в 10 раз больше, чем КПД фотосинтеза самых быстро растущих растений (1%).

В дополнение к повышению эффективности в новой система увеличен ассортимент получаемых продуктов – добавились изобутанол и изопентанол. Исследователи также использовали систему для создания ПГБ (полигидроксибутирата), предшественника биопластика. Новый катализатор имеет и еще одно преимущество: его химическая конструкция позволяет ему «самовосстанавливаться».

Ученые надеются на продолжение развития технологии и ее применение в других странах, например, в Индии силами местных ученых.