Новости из мира высоких технологий

Сможет ли искусственный фотосинтез стать альтернативой солнечным панелям?

В 1912 году в Science была опубликована статья, в которой профессор Джакомо Чамичан писал следующее: «Уголь предлагает солнечную энергию человечеству в ее самой концентрированной форме, но уголь исчерпаем. Неужели ископаемая солнечная энергия — единственное, что может использовать современная жизнь и цивилизация?». И позже, в этой статье, он добавляет:

«Стеклянные здания будут повсюду; внутри них будут протекать фотохимические процессы, которые до сих пор были охраняемым секретом растений, но которые будут осваиваться человеческой промышленностью, она узнает, как заставить их давать еще более изобильные плоды, чем природа, поскольку природа никуда не торопится, а человечество наоборот. Жизнь и цивилизация будут продолжаться до тех пор, пока светит солнце».

Спустя сто лет Чамичан впервые представил искусственный фотосинтез как средство отлучения от ископаемого топлива, с тех пор поиск решения продолжается и даже вспыхнул с новой силой.

В то время как солнечные панели ограничены теоретическими пределами своей эффективности, где-то есть место для искусственного фотосинтеза, давно забытого братца солнечных панелей. Весьма вероятно, что люди продолжат сжигать жидкое и твердое топливо, которое горит, в то время как солнечные панели смогут лишь обеспечить нас электричеством.

Изменение климата дает новый импульс исследованиям искусственного фотосинтеза. Растения делают кое-что еще полезное: улавливают углекислый газ. Большинство климатических моделей, которые позволяют нам уложиться в лимит Парижского соглашения (2 градуса по Цельсию), требуют большого количества биоэнергии с улавливанием и хранением углерода. Это технология отрицательных выбросов, когда растения захватывают углекислый газ, превращаются в биотопливо и затем сгорают. Углерод улавливается и секвестрируется под землей.

Искусственный фотосинтез может быть углерод-отрицательным источником жидкого топлива вроде этанола. Защитники экологии зачастую обращаются к «водородной экономике» как к решению проблемы снижения углеродных выбросов. Вместо того чтобы заменять всю нашу инфраструктуру — полагающуюся на твердое и жидкое топливо — мы просто заменяем топливо. Топливо вроде водорода или этанола можно производить при помощи солнечной энергии, как в искусственном фотосинтезе, так что мы продолжим использовать жидкое топливо с меньшим ущербом окружающей среде. Всеобщая электрификация может быть более сложным процессом, чем просто переход от бензина к этанолу.

Искусственный фотосинтез определенно стоит исследовать. И за последние годы были сделаны большие шаги. Мощные инвестиции от правительственных и благотворительных фондов вливаются в солнечное топливо. Исследуется несколько разных фотохимических процессов, некоторые из которых уже обладают потенциалом быть более эффективными, чем даже растения.

В сентябре 2017 года Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли описала новый процесс, который может превращать CO2 в этанол, который затем можно использовать в качестве топлива, и этилен, который нужен для производства полиэтиленового пластика. Это стало первой демонстрацией успешного преобразования диоксида углерода в топливо и прекурсоры пластика.

В недавно опубликованной работе в Nature Catalysis обсуждалась техника, при которой фотоэлектрические панели подключаются к устройству, электролизующему диоксид углерода. Затем анаэробный микроб превращает диоксид углерода и воду, пользуясь электрической энергией, в бутанол.

Они отметили, что их способность превращать электроэнергию в желаемые продукты была эффективна почти на 100%, а система в целом смогла достичь 8% эффективности преобразования солнечного света в топливо. Может показаться, что это небольшая цифра, но 20% — это прекрасно для солнечных панелей, напрямую преобразующих солнечный свет в электричество; даже самые продуктивные растения, такие как сахарный тростник и просо, набирают не больше 6% эффективности. То есть это сопоставимо с биотопливом, которое в настоящее время используются, вроде кукурузного биоэтанола, так как кукуруза менее эффективна в преобразовании солнечного света в накопленную энергию.

Другие формы искусственного фотосинтеза сосредоточены на водороде как возможном топливе. Исследователи из Гарварда недавно представили впечатляющую версию «бионического листа», который может превращать солнечную энергию в водород. Одним из главных его преимуществ является то, что его эффективность быстро растет, если дать ему «подышать» чистым углекислым газом. Если мы собираемся жить в будущем, в котором огромные объемы диоксида углерода извлекаются из атмосферы, теперь у нас будет весьма неплохое для них применение. Хотя в последнее время люди недолюбливают эту идею (термодинамика использования электричества для расщепления воды на водород и кислород не всегда идеальна), все еще проводятся исследования на тему топливных ячеек для автомобилей и водорода для обогрева домов, особенно в Японии.

Одна из проблем, связанных с любыми усилиями по созданию искусственного фотосинтеза, состоит в том, что чем больше шагов у вас будет в процессе конверсии, тем больше энергии будет потеряно на этом пути. Использование электрифицированных приборов с энергией, вырабатываемой напрямую от солнца, будет куда более эффективным, чем любая схема по превращению электричества и диоксида углерода в топливо, которое вы затем будете сжигать для восстановления доли электрического ввода.

Кроме того, с экологической и практической точки зрения, строительство миллиардов искусственных растений может оказаться куда менее осуществимым, чем посев семян для нескольких хорошо выбранных видов биотоплива. С другой стороны, эти растения зачастую требуют хорошей почвы, которая быстро ухудшается из-за сельскохозяйственного давления. Биотопливо уже заподозрили в использовании земли, которая могла бы накормить растущее население. Плюс искусственного фотосинтеза в том, что вы можете увидеть, как эти «растения» процветают в пустыне или даже в океане.

Как это часто бывает, мы черпаем вдохновение у природы — но понять ее, подчинить и даже улучшить представляет для нас проблему.


Источник: Сможет ли искусственный фотосинтез стать альтернативой солнечным панелям?
Опубликовал:
Теги: Наука Биология Растения Солнечная энергия панель 2017 автомобиль Атмосфера бензин

Комментарии (0)

Сортировка: Рейтинг | Дата
Пока комментариев к статье нет, но вы можете стать первым.
Написать комментарий:
Напишите ответ :
Как не стать жертвой карманника?
Как не стать жертвой карманника?
15
Женский развлекательный и поучительный сайт. 18:24 24 фев 2020
10+ забавных жертв собственного безразличия к беспощадным солнечным лучам
10+ забавных жертв собственного безразличия к беспощадным солнечным лучам
8
Женский каприз 15:00 30 июл 2021
Как стать счастливей
Как стать счастливей
11
Жизнь прекрасна 13:30 27 ноя 2020
Как стать счастливым за минуту
Как стать счастливым за минуту
12
Страничка добра и сплошного жизненного позитива! 15:01 31 окт 2020
Как сын вернул к жизни 91-летнюю мать, предложив ей стать героиней фотоцикла
Как сын вернул к жизни 91-летнюю мать, предложив ей стать героиней фотоцикла
2
Человек познаёт мир 21:30 08 сен 2022
Есть кое-что, что сможет заставить вас заняться спортом с утра
Есть кое-что, что сможет заставить вас заняться спортом с утра
5
Человек познаёт мир 09:30 06 сен 2022
Скептики утверждают, что россиянин Валерий Спиридонов после пересадки головы не сможет быть самим собой
Скептики утверждают, что россиянин Валерий Спиридонов после пересадки головы не сможет быть самим собой
1
Интересности 07:01 26 июл 2016
5 способов удержаться от лишних трат
5 способов удержаться от лишних трат
20
Женский развлекательный и поучительный сайт. 18:19 30 ноя 2019
7 шагов, чтобы стать той, которую носят на руках и дарят подарки
7 шагов, чтобы стать той, которую носят на руках и дарят подарки
18
Женский развлекательный и поучительный сайт. 20:14 07 апр 2020
Меняем финансовые привычки: 8 советов, чтобы стать богаче
Меняем финансовые привычки: 8 советов, чтобы стать богаче
64
Женский развлекательный и поучительный сайт. 21:46 19 мар 2021
Не носите это в кошельке, если хотите стать богатым человеком
Не носите это в кошельке, если хотите стать богатым человеком
12
Здесь только хорошие новости! 05:46 01 дек 2020
Богомолов не сможет претендовать на миллионы Собчак в случае развода
Богомолов не сможет претендовать на миллионы Собчак в случае развода
0
Артобоз 09:19 13 авг 2022

Выберете причину обращения:

Выберите действие

Укажите ваш емейл:

Укажите емейл

Такого емейла у нас нет.

Проверьте ваш емейл:

Укажите емейл

Почему-то мы не можем найти ваши данные. Напишите, пожалуйста, в специальный раздел обратной связи: Не смогли найти емейл. Наш менеджер разберется в сложившейся ситуации.

Ваши данные удалены

Просим прощения за доставленные неудобства