Учёные Гарвардского университета (Harvard University) разработали «бионический лист» — устройство, которое позволяет получать спиртовое топливо из воды с помощью солнечной энергии. Оно почти в десять раз эффективнее природных фотосинтезирующих систем. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Science.
Установка работает на солнечных батареях. Она расщепляет воду на кислород и водород, а бактерии Ralstonia eutropha превращают водород и полученный из воздуха углерод в спиртовое топливо. Исследователи называют своё творение «бионическим листом 2.0», поскольку это не первая попытка создать искусственную фотосинтезирующую систему. Устройство, которое они разработали в 2015 году, получало 216 миллиграммов спиртового топлива из литра воды. Однако учёные столкнулись с проблемой: катализатор из смеси никеля, молибдена и цинка, который позволял расщеплять воду, приводил к выделению активных форм кислорода. Эти молекулы разрушали ДНК бактерий, и те погибали. Чтобы этого избежать, приходилось запускать установку при аномально высоком напряжении, из-за чего её эффективность снижалась.
Исследователи начали поиски лучшего катализатора, который бы не вредил живым организмам и при этом эффективно расщеплял воду. В новой версии «бионического листа» они используют смесь кобальта и фосфора. «Мы разработали новый кобальт-фосфорный сплавной катализатор, который не приводит к образованию активных форм кислорода. Это позволило нам снизить напряжение и значительно повысить эффективность», — говорит химик Даниель Ночера (Daniel Nocera), один из создателей фотосинтетической установки. Теперь «бионический лист» производит изопропиловый и изобутиловый спирт с эффективностью около 10%: каждый киловатт-час позволяет бактериям поглотить из 230 000 литров воздуха 130 граммов CO2 и произвести 60 граммов спирта. Для сравнения, эффективность фотосинтеза растений составляет 1%.
Ralstonia eutropha может вырабатывать не только топливо, но и другие вещества, например, сложные углеводородные молекулы. С помощью новой установки исследователям удалось получить предшественники биопластика, поэтому они настроены оптимистично. «У вас есть микроорганизмы, которые питаются только водородом, и водород, который вы получаете, расщепляя воду с использованием солнечной энергии. Так что в вашем распоряжении возобновляемые микробы и синтетическая биология, которая заставит их производить что угодно», — резюмирует Ночера.
