Ученые из Кембриджского университета в Великобритании разработали тонкие плавающие конструкции, которые из солнечного света и воды производят синтез-газ так же эффективно, как и листья растений. Об этом сообщает портал SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Ультратонкие гибкие устройства, вдохновленные фотосинтезом – процессом, с помощью которого растения превращают солнечный свет в источник питательных веществ, – были разработаны исследователями из Кембриджского университета. Эти конструкции – недорогие, автономные и достаточно легкие, чтобы плавать по воде.
Это первый случай, когда экологически чистое топливо было получено с водной поверхности. При масштабировании этой технологии подобные «искусственные листья» можно использовать на загрязненных водных путях, в портах или даже в открытом море, что заодно могло бы помочь снизить зависимость мировой судоходной отрасли от ископаемого топлива.
В течение нескольких лет исследовательская группа профессора Эрвина Рейснера в Кембридже занималась разработкой устойчивых решений для получения экологически чистого топлива, основанных на принципах фотосинтеза. В 2019 году они разработали «искусственный лист», который производит такое топливо (так называемый «синтетический газ») из солнечного света, углекислого газа и воды. Синтез-газ также является ключевым промежуточным звеном в производстве многих химикатов и фармацевтических препаратов.
Этот ранний прототип производил топливо путем объединения двух поглотителей света с подходящими катализаторами. Однако в нем использовались толстые стеклянные подложки и влагозащитные покрытия, что делало устройство достаточно громоздким и хрупким.
«В дальнейшем мы стали исследовать возможности сократить количество материалов, используемых в этих устройствах, не влияя при этом на их производительность. А также сделать их плавучими, что открывает совершенно новые способы использования», – сказал Рейснер. Создавая новую версию своего «искусственного листа», ученые воспользовались методами миниатюризации, проявившими себя ранее в электронной промышленности.
Основная задача исследовательской группы из Кембриджа заключалась в том, чтобы нанести светопоглотители на легкие подложки и защитить их от проникновения воды. Для этой цели ученые использовали тонкопленочные оксиды металлов и материалы, известные как перовскиты, которые можно наносить на гибкий пластик и металлическую фольгу.
Конструкции были покрыты микрометровым водоотталкивающим слоем на основе углерода, который предотвращал разложение влаги. В результате получилось устройство, которое не только работает, но и выглядит как растительный «лист».
Испытания новых «искусственных листьев» проводились в естественных условиях реки Кэм и показали, что эти устройства способны эффективно расщеплять воду на водород и кислород и восстанавливать CO2 до состояния синтез-газа.
Хотя потребуются дополнительные улучшения, прежде чем подобные устройства будут готовы к коммерческому применению, ученые говорят, что эта разработка открывает совершенно новые возможности в получении экологически чистого топлива.
«Солнечные фермы стали популярными для производства электроэнергии; мы предполагаем подобные фермы для синтеза топлива, которые могли бы снабжать прибрежные поселения, отдаленные острова, покрывать промышленные пруды или предотвращать испарение воды из оросительных каналов», – отметил один из авторов исследования, д-р Вирджил Эндрю.
«Многие технологии возобновляемых источников энергии могут занимать обширные пространства на суше, поэтому перенос производства на открытую воду будет означать, что чистая энергия и землепользование не будут конкурировать друг с другом», – дополнил профессор Рейснер.