Учені створили штучний фотосинтез, який може врятувати нас від глобального потепління
Учені створили штучний фотосинтез, який може врятувати нас від глобального потепління

Учені створили штучний фотосинтез, який може врятувати нас від глобального потепління

Нова система, розроблена в Мічиганському університеті, ефективно виробляє етилен зі шкідливого парникового газу CO2. Це прокладає шлях до майбутнього сталого виробництва палива й очищення нашого повітря.

Що відомо про новий винахід

Здатність з'єднувати атоми вуглецю в ланцюжки є вирішальним кроком на шляху до повторного використання CO2 для виробництва екологічно чистішого палива. Дослідники розробили штучну систему фотосинтезу, яка може зв'язувати два атоми вуглецю, створюючи з них вуглеводні, з безпрецедентною ефективністю, виходом і довговічністю – приблизно в п'ять-шість разів краще, ніж в інших методах. Оскільки етилен — це вуглеводень, який зазвичай використовується у виробництві пластмас, то прямим застосуванням інноваційної системи може бути збирання вуглекислого газу, який в іншому випадку викидається в атмосферу, для виробництва пластмас.

Етилен насправді є сполукою, яка найбільшою мірою виробляється в світі. Але зазвичай його виробляють з нафти і газу, за високих температур і тиску, що призводить до виділення CO2,
– пишуть дослідники.

Довгострокова мета полягає у створенні ще довших ланцюжків з атомів вуглецю і водню для виробництва рідкого палива, яке можна легко транспортувати. Частково завдання полягає у видаленні всього кисню з молекули CO2 для отримання вуглецю, а також видалення кисню з молекули води, H2O, щоб отримати водень.

Як усе працює

  • Пристрій поглинає світло через два види напівпровідників: сукупність нанодротів нітриду галію, кожен з яких завширшки лише 50 нанометрів (кілька сотень атомів), і кремнієву основу, на якій вони були вирощені. Реакція перетворення води і вуглекислого газу на етилен відбувається на мідних кластерах, кожен з яких містить близько 30 атомів, що вкривають нанодроти.
  • Нанодроти занурюють у воду, збагачену вуглекислим газом, і опромінюють світлом, еквівалентним сонячному опівдні. Енергія світла вивільняє електрони, які розщеплюють воду біля поверхні нанодротів з нітриду галію. В результаті утворюється водень, який бере участь у реакції етилену, а також кисень, який нітрид галію поглинає, перетворюючись на оксид нітриду галію.
  • Мідь добре зв'язується з воднем і захоплює вуглець з вуглекислого газу, перетворюючи його на монооксид вуглецю. За допомогою водню в суміші та ін'єкції енергії від світла, команда вважає, що дві молекули чадного газу зв'язуються разом з воднем. Вважається, що реакція завершується на межі розділу між міддю та оксидом нітриду галію, де два атоми кисню відщеплюються й замінюються трьома атомами водню з розщепленої води.

Ефективність

Команда виявила, що 61% вільних електронів, які напівпровідники генерували за допомогою світла, сприяли реакції з утворення етилену. Хоча інший каталізатор на основі срібла та міді досяг подібної ефективності (близько 50%), він працював у рідині на основі вуглецю і міг функціонувати лише кілька годин, перш ніж руйнувався. На противагу цьому, пристрій команди з Мічигану працював 116 годин без сповільнення, а також команда експлуатувала подібні пристрої протягом 3 000 годин.

Пристрій виробив етилен зі швидкістю, що більш ніж у чотири рази перевищує швидкість найближчих конкуруючих систем. У майбутньому вчені хочуть виробляти деякі інші багатокомпонентні сполуки, такі як пропанол з трьома атомами вуглецю або різні рідкі продукти. Рідке паливо, яке може дозволити багатьом існуючим транспортним технологіям стати більш надійними, є кінцевою метою.

На жаль, стаття не пояснює, як саме збирається вуглекислий газ – прямо з повітря, чи установку треба під'єднувати до потужностей заводів, які викидають газ через свої труби. Якщо другий варіант, що це допоможе уникнути принаймні частини нових викидів, а якщо перший, то ми зможемо збирати з повітря вже існуючі викиди, проте нові нікуди не дінуться.

Теги по теме
Техно
Источник материала
loader
loader