Искусственный фотосинтез превращает углекислый газ в сжиженное топливо

Химики из Университета Иллинойса успешно произвели топливо с использованием воды, углекислого газа и видимого света посредством искусственного фотосинтеза. Превратив диоксид углерода в более сложные молекулы, такие как пропан, технология зеленой энергии теперь стала на один шаг ближе к использованию избыточного CO₂.

Растения используют солнечный свет, чтобы стимулировать химические реакции между водой и CO₂, чтобы создавать и накапливать солнечную энергию в виде глюкозы. В новом исследовании ученые разработали искусственный процесс, который использует ту же самую часть зеленого света спектра видимого света, которая используется растениями во время естественного фотосинтеза для преобразования CO₂ и воды в топливо, в сочетании с наночастицами золота, обогащенными электронами, которые служат катализатором. Новые результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

«Целью здесь является получение сложных сжижаемых углеводородов из избыточного CO₂ и других устойчивых ресурсов, таких как солнечный свет», — сказал Прашант Джейн, профессор химии и соавтор исследования. «Жидкие виды топлива идеальны, потому что они легче, безопаснее и экономичнее в транспортировке, чем газ, и потому что они состоят из длинноцепочечных молекул, содержат больше связей, то есть они упаковывают энергию более плотно».

Ученые использует металлические катализаторы для поглощения зеленого света и переноса электронов и протонов, необходимых для химических реакций между CO₂ и водой, — заполняя роль пигментного хлорофилла в естественном фотосинтезе.

По словам ученых, наночастицы золота особенно хорошо работают в качестве катализатора, потому что их поверхности благоприятно взаимодействуют с молекулами CO₂, эффективно поглощают свет и не разрушаются и не разлагаются, как другие металлы, которые могут легко потускнеть.

Существует несколько способов высвобождения энергии, накопленной в связях углеводородного топлива. Тем не менее, простой традиционный метод сжигания в конечном итоге производит больше СО₂, что в первую очередь противоречит идее сбора и хранения солнечной энергии.

«Существуют и другие, более нетрадиционные возможности использования углеводородов, созданных в результате этого процесса», — сказал Прашант Джейн. «Они могут быть использованы для питания топливных элементов для производства электрического тока и напряжения. Во всем мире есть лаборатории, пытающиеся выяснить, как преобразование углеводорода в электричество может быть эффективно проведено».

Как бы ни было захватывающе развитие этого CO₂-жидкого топлива для технологии зеленой энергии, исследователи признают, что процесс искусственного фотосинтеза далеко не так эффективен, как на растениях.

«Нам нужно научиться настраивать катализатор, чтобы повысить эффективность химических реакций», — говорят исследователи. «Тогда мы можем приступить к тяжелой работе по определению того, как идти по пути расширения процесса. И, как и любая нетрадиционная энергетическая технология, будет также много вопросов экономической целесообразности, на которые нужно будет ответить».

Sungju Yu et al, Plasmonic photosynthesis of C1–C3 hydrocarbons from carbon dioxide assisted by an ionic liquid, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038/s41467-019-10084-5