Искусственные растения превращают парниковый газ в чистый воздух

Профессор химии из Флориды нашел способ инициировать процесс фотосинтеза в синтетическом материале, одновременно превращая парниковые газы в чистый воздух и производя энергию.

Этот процесс обладает большим потенциалом для создания технологии, которая могла бы значительно сократить выбросы парниковых газов, связанных с изменением климата, а также создать чистый способ производства энергии.

«Эта работа — прорыв»,— сказал Фернандо Урибе-Ромо (Fernando Uribe-Romo), профессор из Университета центральной Флориды (University of Central Florida).

«Получить материалы, которые поглотят определенный цвет света, очень трудно с научной точки зрения, мы вносим вклад в разработку технологии, которая может помочь уменьшить выбросы парниковых газов».

Результаты исследования были опубликованы в Journal of Materials Chemistry A.

Урибе-Ромо и его команда студентов создали способ вызвать химическую реакцию в синтетическом материале, называемом металлорганические каркасы (MOF), который разделяет углекислый газ на безвредные органические материалы.

Представьте это как искусственный процесс фотосинтеза, подобный тому, как растения преобразуют для себя углекислый газ (CO₂) и солнечный свет в пищу. Но вместо производства продуктов питания метод Урибе-Ромо производит «солнечное» топливо.

Это то, что ученые всего мира пытались добиться в течение многих лет, но задача состоит в том, чтобы найти способ видимому свету вызывать химическое преобразование.

Ультрафиолетовые лучи обладают достаточной энергией для реакции в обычных материалах, таких как двуокись титана, но количество УФ, получаемого Землей от Солнца, составляет лишь около 4% от общего света. Видимый диапазон — от фиолетового до красного — это большинство солнечных лучей, но есть несколько материалов, которые собирают эти светлые цвета, чтобы создать химическую реакцию, превращающую CO₂ в топливо.

Исследователи перепробовали много материалов, но те, которые могут поглощать видимый свет, имеют тенденцию быть редкими и дорогими, такие как платина, рений и иридий, которые делают химический процесс дорогостоящим.

Урибе-Ромо использовал титан, обычный нетоксичный металл и добавлял органические молекулы, которые действуют как сборщики света, чтобы проверить, будет ли работать такая конфигурация.

Молекулы световой антенны, называемые N-алкил-2-аминотерефталатами, могут быть предназначены для поглощения определенных цветов света при включении в MOF. В этом случае он синхронизировал его для синего цвета.

Для проверки гипотезы его команда собрала голубой светодиодный фотореактор. Измеренное количество двуокиси углерода медленно вводилось в фотореактор — светящийся синий цилиндр, который выглядит как солярий - чтобы увидеть, произойдет ли реакция.

Светящийся синий свет исходил из полосок светодиодных фонарей внутри камеры цилиндра и имитировал голубую длину волны солнца.

Это сработало, и химическая реакция в процессе очистки воздуха превратила углекислый газ в две преобразованные формы углерода: формиат и формамид (два вида солнечного топлива).

«Цель состоит в том, чтобы продолжить тонкую настройку подхода, чтобы мы могли создавать большее количество уменьшенного углерода, чтобы процесс был более эффективным»,— сказал Урибе-Ромо.

Ученый хочет узнать, могут ли другие волны видимого света также инициировать реакцию с корректировками синтетического материала. Если это сработает, то процесс может стать значительным способом помочь сократить выбросы парниковых газов.

«Идея состояла бы в том, чтобы создать станции, которые улавливали бы большое количество CO₂, например, рядом с электростанцией. Станция будет собирать газ, будет проходить процесс и парниковые газы будут перерабатываться, производя энергию, которая будет возвращена электростанции».

Возможно, когда-нибудь для крыши дома можно будет приобрести черепицу из материала, очищающего воздух в районе, производящего энергию, которая могла бы использоваться прямо в доме.

«Это потребует новых технологий и инфраструктуры»,— сказал Урибе-Ромо. «Но это возможно».