Чистого с листа. Учёные представили технологию производства чистого топлива из искусственных листьев

Фотосинтез назвали фотосинтезом в 1877 году, а процессы в его основе открыли и того раньше — в 1842 году.

Ученым давно не дает покоя эта способность растений поглощать и превращать энергию солнечного света с участием хлорофилла.

И вот теперь исследователи разработали плавающие искусственные листья, которые производят чистое топливо из солнечного света и воды. В перспективе этот процесс можно масштабировать так, что генерацией топлива будут заниматься фабрики, покрывающие колоссальную по площади водную гладь морей и океанов.

Ученые из Кембриджского университета разработали ультратонкие гибкие устройства, принцип действия которых вдохновлен фотосинтезом — тем самым процессом, с помощью которого растения преобразуют солнечный свет в пищу. Предполагается, что эти устройства будут достаточно легкими, чтобы удерживаться на поверхности воды. Ученые сообщили о возможности использовать их для производства альтернативного топлива.

Испытания устройств провели на реке Кэм. Выяснилось, что они преобразуют солнечный свет в топливо не менее эффективно, чем их биологические прообразы — живые листья растений.

Этот опыт получения чистого топлива на воде считается первым в своем роде, и в случае успешного масштабирования технология поможет снизить зависимость мирового судоходства от ископаемого топлива.

Результаты опубликованы в издании Nature.

Востребованность технологии

Хотя технологии альтернативной возобновляемой энергии дешевеют, декарбонизация в судоходстве — задача на порядок сложнее. Около 80% мировых торговых путей лежит через воду, и грузовые суда перевозят «шелк и пряности» на ископаемом топливе.

Годами ученые из Кембриджа под руководством профессора Эрвина Рейснера работают над этой задачей и изобретают устойчивые решения для бензина на основе фотосинтеза. В 2019 году они разработали искусственный лист, который из солнечного света, углекислого газа и вода получает сингаз — ключевой промежуточный продукт в производстве многих химических и фармацевтических веществ.

Прежний прототип вырабатывал топливо, сочетая два поглотителя света с подходящими катализаторами. Однако в его конструкции использовались толстые стеклянные подложки и влагозащитные покрытия, и устройство получилось слишком громоздким.

Искусственные листья могли бы значительно удешевить процесс устойчивого производства топлива, но поскольку они тяжелые и хрупкие, их сложно производить и перевозить,

— заявил доктор Вирджил Эндрей.

Ученые решили выяснить, можно ли сократить объем материалов в устройствах и насколько. Важно было также сохранить производительность.

Если мы сможем сделать листья достаточно легкими, чтобы не тонуть, потенциал их использования вырастет в разы, — отметил Рейснер.

При создании новой версии ученые поглядывали на электронику, ведь именно в этой области громоздкие шкафы размером с небольшой спортзал в итоге превратились в устройства, умещающиеся на ладони.

Предстояла непростая задача — умудриться нанести светопоглотители на легкие подложки и защитить их от попадания влаги. Для этого ученые создали тонкопленочные оксиды металлов и перовскиты, пригодные для нанесения на гибкие пластиковые и металлические пленки. Устройства покрыли водоотталкивающими слоями углерода микрометровой толщины. И в итоге получилось нечто похожее на лист не только функционально, но и чисто внешне.

Исследование показывает, что современные технологии производства вполне подходят для изготовления искусственных листьев. Именно сейчас сделан первый шаг к автоматизации и масштабированию производства солнечного топлива, — заявил Эндрей.

— Эти листья сочетают в себе преимущества большинства известных технологий выработки солнечного топлива.

Испытания новинки показали, что они могут расщеплять воду на кислород и водород или получать сингаз из CO2. Для коммерциализации потребуются доработки, однако уже сейчас ученые уверяют, что технология жизнеспособна.

В свое время для выработки электроэнергии стали повсеместно использовать солнечные панели. Мы сделали нечто столь же успешное, но для синтеза топлива, — сообщил Эндрей.

— Наша разработка будет снабжать прибрежные поселения и отдаленные острова. Искусственными листьями можно будет накрыть промышленные водоемы, а еще они помогут предотвратить испарение воды в ирригационных каналах.

Ученые отмечают, что новая технология задействует площадь воды, а не суши, что лишь добавляет ей выгоды.

Теоретически можно будет сворачивать и разворачивать новые производства практически в любой стране, что поможет всем в обеспечении дополнительной энергобезопасности,

— заключил профессор Рейснер.

О том, как искусственная листва, если организовать ее на большой площади, отразится на водных обитателях, в статье, к сожалению, не сказано.

17.08.2022