Ученые создали искусственный фотосинтез, который может спасти нас от глобального потепления

Новая система, разработана в Мичиганском университете, эффективно производит этилен из вредного парникового газа CO₂. Это прокладывает путь к будущему устойчивого производства топлива и очистки нашего воздуха.

Смотрите также Новый метод борьбы с изменением климата нацелился на земные океаны, но некоторые выступают против

Что известно о новом изобретении

Способность соединять атомы углерода в цепочки является решающим шагом на пути к повторному использованию CO₂ для производства экологически чистого топлива. Исследователи разработали искусственную систему фотосинтеза, которая может связывать два атома углерода, создавая из них углеводороды, с беспрецедентной эффективностью, выходом и долговечностью – примерно в пять-шесть раз лучше, чем в других методах. Поскольку этилен — это углеводород, который обычно используется в производстве пластмасс, то прямым применением инновационной системы может быть сбор углекислого газа, который в противном случае выбрасывается в атмосферу, для производства пластмасс.

Этилен на самом деле является соединением, которое в наибольшей степени производится в мире. Но обычно его производят из нефти и газа, при высоких температурах и давлении, что приводит к выделению CO₂,
– пишут исследователи.

Долгосрочная цель заключается в создании еще более длинных цепочек из атомов углерода и водорода для производства жидкого топлива, которое можно легко транспортировать. Частично задача заключается в удалении всего кислорода из молекулы CO₂ для получения углерода, а также удаления кислорода из молекулы воды, H₂O, чтобы получить водород.

Как все работает

• Устройство поглощает свет через два вида полупроводников: совокупность нанопроводов нитрида галлия, каждый из которых шириной всего 50 нанометров (несколько сотен атомов), и кремниевую основу, на которой они были выращены. Реакция превращения воды и углекислого газа в этилен происходит на медных кластерах, каждый из которых содержит около 30 атомов, покрывающих нанопровода.
• Нанопровода погружают в воду, обогащенную углекислым газом, и облучают светом, эквивалентным солнечному полудню. Энергия света высвобождает электроны, которые расщепляют воду у поверхности нанопроводов из нитрида галлия. В результате образуется водород, который участвует в реакции этилена, а также кислород, который нитрид галлия поглощает, превращаясь в оксид нитрида галлия.
• Медь хорошо связывается с водородом и захватывает углерод из углекислого газа, превращая его в монооксид углерода. С помощью водорода в смеси и инъекции энергии от света, команда считает, что две молекулы угарного газа связываются вместе с водородом. Считается, что реакция завершается на границе раздела между медью и оксидом нитрида галлия, где два атома кислорода отщепляются и заменяются тремя атомами водорода из расщепленной воды.

Эффективность

Команда обнаружила, что 61% свободных электронов, которые полупроводники генерировали с помощью света, способствовали реакции по образованию этилена. Хотя другой катализатор на основе серебра и меди достиг подобной эффективности (около 50%), он работал в жидкости на основе углерода и мог функционировать лишь несколько часов, прежде чем разрушался. В противоположность этому, устройство команды из Мичигана работало 116 часов без замедления, а также команда эксплуатировала подобные устройства в течение 3 000 часов.

Устройство произвело этилен со скоростью, что более чем в четыре раза превышает скорость ближайших конкурирующих систем. В будущем ученые хотят производить некоторые другие многокомпонентные соединения, такие как пропанол с тремя атомами углерода или различные жидкие продукты. Жидкое топливо, которое может позволить многим существующим транспортным технологиям стать более надежными, является конечной целью.

К сожалению, статья не объясняет, как именно собирается углекислый газ – прямо из воздуха, или установку надо подсоединять к мощностям заводов, которые выбрасывают газ через свои трубы. Если второй вариант, что это поможет избежать по крайней мере части новых выбросов, а если первый, то мы сможем собирать из воздуха уже существующие выбросы, однако новые никуда не денутся.