Экспериментальная установка, «искусственный лист» производит синтез-газ, при этом всё, что нужно для его получения — солнечный свет, воздух и вода.
Статья с материалами исследования опубликована в журнале Nature.
Синтез-газ широко используется. Его можно сжигать, но это далеко не основное его применение. Он нужен для промышленного синтеза — получения синтетического топлива, смазочных масел, аммиака, метанола, высших спиртов и т. п. Продукт, который в настоящее время производится из ископаемых видов топлива, может быть получен с помощью «искусственного листа», которому нужны только солнечный свет, углекислый газ и вода. Разработка такого устройства приближает создание углеродно нейтральной альтернативы бензину.
«Вы, возможно, не слышали о синтез-газе, но каждый день вы потребляете продукты, которые были созданы с его помощью. Иметь возможность производить его устойчиво [согласно принципам устойчивого развития] стало бы критически важным шагом в закрытии глобального углеродного цикла и создании устойчивой химической и топливной промышленности», — говорит старший автор исследования, профессор Кембриджа Эрвин Райснер (Erwin Reisner, Department of Chemistry, University of Cambridge). «Искусственный лист» — итог семилетней работы команды Райснера.
Как и другие подобные устройства, «лист» Райснера вдохновлён природным фотосинтезом, процессом, с помощью которого растения получают пищу буквально из воздуха. Искусственный лист представляет собой два световых поглотителя — аналоги собирающих солнечный свет молекул растений — и катализатора, изготовленного из довольно распространённого элемента, кобальта (да, никакого золота или платины).
Когда прибор погружен в воду, один световой поглотитель использует катализатор для производства кислорода. Другой осуществляет реакцию превращения углекислого газа и воды в монооксид углерода и водород — собственно синтез-газ.
Неожиданный приятный бонус: показано, что разработанные поглотители света неплохо работают даже при низком уровне освещённости, в дождливый или пасмурный день. Это значит, что устройство можно использовать не только в местностях с преобладанием солнечной погоды, а повсюду.
Предыдущие работы по созданию «искусственных листьев» в основном показывали возможность получения чистого водорода. Синтез-газ на выходе — большой успех, и его достижение стало возможным с появлением новых материалов. Новые светопоглотители делаются на основе перовскита и достаточно эффективно преобразуют солнечный свет в электрическую энергию.
Синтез-газ и сейчас используется при производстве жидкого топлива. Но у команды Рейснера есть амбициозная цель.
«Вместо того чтобы сначала делать синтез-газ, а затем преобразовывать его в жидкое топливо, мы хотим делать жидкое топливо в один присест из углекислого газа и воды», — делится планами Рейснер.