За последние несколько лет учёные достигли больших успехов в создании искусственных листьев, которые имитируют способности их природных аналогов. Они также способны добывать энергию из воды и солнечного света.
Так, в 2011 году исследователи создали первые рентабельные стабильные искусственные листья, а всего через два года эти устройства были усовершенствованы: они получили возможность работать с неочищенной водой.
Теперь же учёные из Гарвардского университета разработали «бионический лист 2.0», который повышает эффективность работы системы так, что она выходит даже за рамки возможностей природных аналогов. Кроме того, теперь разработку впервые используют для производства жидкого топлива.
Проект является научной работой учёного из Гарварда Даниэля Носера (Daniel Nocera), который возглавлял исследовательские команды во время создания предыдущих версий искусственных листьев, а также профессора Памелы Сильвер (Pamela Silver).
Как и в предыдущих версиях, «бионический лист 2.0» помещается в воду, и так как он поглощает солнечную энергию, он способен расщеплять молекулы воды на составляющие газы — водород и кислород. Они могут быть собраны и использованы в топливных элементах для выработки электричества.
Теперь же с помощью «спроектированной» бактерии водород может использоваться и для производства жидкого топлива.
Отмечается, что в данной разработке сама природа является катализатором (ускорителем химических реакций), который способствует производству водорода. В более ранних версиях в качестве катализатора использовался молибден-никель-цинковый сплав, но он приводил к созданию активных форм кислорода, которые атакуют и разрушают ДНК бактерий.
В результате исследователи были вынуждены повышать напряжение в системе, чтобы справиться с проблемами, которые приводили к снижению общей эффективности работы «листа».
«Для нового исследования мы разработали другой катализатор – кобальт-фосфористый сплав, он, как мы продемонстрировали, не создаёт активных форм кислорода. Это позволяет нам снизить напряжение, что, в свою очередь, приводит к резкому увеличению эффективности», — говорит Носера.
При этом новый катализатор способен преобразовывать солнечный свет в биомассу с КПД в 10%, что в десять раз результативнее даже самых быстро растущих растений. Но это, отмечают разработчики, не единственное преимущество новой технологии.
Учёные также показали, что система может быть использована для создания соединений, таких как изобутанол или изопентанол.
Учёные отмечают, что технология работает достаточно успешно, так что они уже подыскивают ей коммерческое применение. Так, исследователи считают, что новый метод можно использовать в развивающихся странах в качестве недорого источника возобновляемой энергии.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Science.
