Воссоздание процессов, являющихся искусственными аналогами процесса фотосинтеза, при помощи которого растения превращают солнечный свет, воду и углекислый газ в биологическую энергию, уже дано является одной из основных целей современной науки. Такие технологии, получившие название "искусственный лист" могут стать ключевыми моментами в решении ряда экологических проблем, помочь в борьбе с изменениями климата и процессом глобального потепления. И недавно группе инженеров и ученных из университета Иллинойса в Чикаго (University of Illinois Chicago, UIC) удалось разработать новую технологию, которая демонстрирует 100-кратное увеличение эффективности поглощения углекислого газа по сравнению с другими подобными технологиями.

Основа для нынешнего достижения была заложена еще в 2019 году, когда ученые из этого же университета создали первую ячейку искусственного фотосинтеза, подходящую для работы в условиях реального мира, а не только в лабораторных условиях. Созданная ячейка состояла из прозрачной капсулы, заполненной водой и имевшей одну полупроницаемую для воды сторону. Энергия солнечного света, попавшая внутрь капсулы, приводила к испарению воды, которая проходила сквозь мембрану, а обратно затягивались молекулы углекислого газа, которые под воздействием катализатора и солнечного света превращались в молекулы монооксида углерода (CO), который уже сам является низкокалорийным топливом или может быть использован для синтеза более высококалорийного топлива.

В своей последней работе исследователи произвели изменения конструкции ячейки фотосинтеза и использовали менее дорогие материалы для электрически заряженной мембраны, разделяющей пространство ячейки на "сухую" и "влажную" стороны. На сухой стороне ячейки специальный органический состав связывает молекулы углекислого газа, превращая его в концентрированный бикарбонат, слой которого нарастает на поверхности мембраны.

Смена полярности мембраны приводит к тому, что молекулы связанного бикарбоната проходят через мембрану и попадают в водный раствор, где они снова превращаются в молекулы углекислого газа и монооксида углерода впоследствии. Увеличение или уменьшение электрического потенциала на мембране позволяет ускорить или замедлить процесс поглощения углекислого газа, а при найденном учеными самом оптимальном варианте такая ячейка смогла захватывать 3.3 миллимоля углекислого газа в час в расчете на один квадратный сантиметр площади мембраны.



Такой уровень поглощения углекислого газа является рекордным на сегодняшний день, он, как минимум в 100 раз выше аналогичного показателя других подобных систем. При этом, для обеспечения процесса захвата углекислого газа требуется совсем незначительное количество энергии, на инициацию и поддержку электрохимических реакций тратится всего 0.4 килоджоуля в час, что эквивалентно потреблению светодиодной лампочки, мощностью в 1 Ватт.

Согласно предварительным расчетам, стоимость захвата одной тонны углекислого газа при помощи новой системы будет составлять около 145 американских долларов, что вписывается в требования американского Министерства энергетики, согласно которым эта стоимость не должна превышать 200 долларов. Сами ячейки искусственного фотосинтеза имеют достаточно компактные размеры и модульную конструкцию, которая позволит объединить множество ячеек для работы в составе мощных станций улавливания углекислого газа.

"Маленький модуль, размером с домашний увлажнитель, сможет изъять из атмосферы около 1 килограмма углекислого газа в день" - пишут исследователи, - "А установка больших масштабов, состоящая уже из четырех ячеек промышленного класса, сможет захватывать более 300 килограмм углекислого газа в час, перерабатывая дымовые газы или другие промышленные выбросы".



Ключевые слова:
Искусственный, Фотосинтез, Лист, Технология, Углекислый, Газ, Поглощение, Эффективность, Мембрана

Первоисточник

Другие новости по теме:

Компания Panasonic разработала технологию высокоэффективного искусственного фотосинтеза.

Фуллерен C-60 повышает эффективность технологий поглощения углекислого газа

Компания Panasonic разработала новую высокоэффективную систему искусственного фотосинтеза

«Синтетические деревья» помогут очистить атмосферу от углекислого газа.

Разработан процесс искусственного фотосинтеза, производящий этилен из атмосферного углекислого газа

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.