Растения — одни из немногих живых организмов, у которых есть способность для того, чтобы поддерживать жизнь, производить питательные вещества самим. Они могут получить из окружающей среды все, что им необходимо для роста и развития. Под воздействием лучей солнца происходят некоторые реакции. В итоге углекислый газ, который поглощается из воздуха, преобразуется в кислород. Этот процесс носит название — фотосинтез.
Искусственные листья способны имитировать такой процесс. И все же, даже наиболее современные из них, обещающие сокращение выбросов углекислого газа в атмосферу, могут работать исключительно в лабораторных условиях, поскольку способны поглощать из резервуаров чистый углекислый газ только под давлением.
Сейчас предложено интересное решение, благодаря которому искусственные листы могут быть выведены из условий, в которых они существуют, в среду окружающую. Такой вариант предложен исследователями Иллинойского Университета в Чикаго. Улучшенный листок, в котором применяется диоксид углерода из воздуха, станет как минимум в десять раз эффективнее обычных природных листьев в процессе преобразования в топливо углекислого газа. О результатах из трудов говорится в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
Итак, искусственный листок. Диоксид углерода (2 красных и 1 черный шарики) проникает в листик, так как вода (белые и красные шарики) со дна этого листика испаряется. Посредством искусственной фотосистемы (фиолетовый круг в центре листа), которая изготовлена из поглотителя света, покрытого катализаторами, двуокись углерода способна преобразоваться в монооксид углерода (1 красный и 1 черный шарик). А также благодаря применению солнечного цвета осуществляется преобразование воды в кислород(показанный в виде двойных красных шариков).
«Пока что все конструкции для искусственных листьев, которые были испытаны в лаборатории, используют углекислый газ из резервуаров под давлением. Для того, чтобы успешно внедряться в реальном мире, эти устройства должны иметь возможность извлекать углекислый газ из гораздо более разбавленных источников, таких как воздух и дымовой газ, который является газом, выделяемым электростанциями, работающими на угле», — сказал Meenesh Singh (Минеш Сингх).
Отключение подачи углекислого газа под давлением в листья означает, что должен быть какой-то другой вариант собрать из воздуха и сконцентрировать углекислый газ для стимулирования собственных реакций искусственного фотосинтеза. Сингх со своим коллегой, аспирантом из его лаборатории Aditya Prajapati (Адитья Праджапати), собрались решать эту проблему, поместив искусственный листок в прозрачную капсулу, заполненную водой. Сама капсула изготовлена из полупроницаемой мембраны, состоящей из четвертичной аммониевой смолы. Благодаря мембране вода изнутри испаряется, когда нагревается от света солнечных лучей.
Вода проходит сквозь мембрану, избирательно вытягивая углекислый газ из воздуха. Блок искусственного фотосинтеза внутри капсулы состоит из поглотителя света, который покрыт катализаторами, превращающими диоксид углерода в монооксид углерода. Его откачивают и используют как основу для создания разных синтетических топлив. При этом также производится кислород, его можно собрать либо выпустить в окружающую среду.
Сингх убежден, что устройство будет функционально работать снаружи, подобно естественному листу, благодаря тому, что в специализированную мембрану внедрят традиционную технологию. Если за основу взять их расчеты, то триста шестьдесят листов, размерами 1,7 метра в длину и 0,2 метра (20 сантиметров) в ширину являются производителями половины тонны окиси углерода за сутки. А ее вполне можно применить как основу для синтетического топлива.
Эти искусственные листья, которые занимают площадь в пять сотен метров, в состоянии понизить уровень углекислого газа в окружающем воздухе на 1/10 в сутки — имеется в виду на расстоянии ста метров от массива.
Минеш Сингх говорил, что в этом идеологическом проекте применяются простые материалы и технологии. Если их объединить, получится искусственный лист, который готов разворачиваться вне лабораторных стен. К тому же, он способен сыграть важную роль в сокращении выбросов парниковых газов в атмосферу.
Эту работу выполняли в лаборатории материаловедения и системотехники, Университет Иллинойса в Чикаго. Финансовая поддержка с целью проведения подобного исследования была оказана отделом химического машиностроения. Довольно часто финансирование предоставляли, как премию в образование выпускников проректора.
Источники:
https://today.uic.edu/moving-artificial-leaves-out-of-the-lab-and-into-the-air
