Группа исследователей из компании Panasonic разработала новую систему искусственного фотосинтеза Artificial Photosynthesis System, которая под воздействием солнечного света вырабатывает органические вещества, используя только воду и углекислый газ, находящийся в атмосфере. Достигнутая эффективность преобразования света составила 0.2 процента, что сопоставимо с эффективностью процесса естественного фотосинтеза, протекающего в листьях деревьев и других растений.Искусственный фотосинтез это технология, которая позволяет повторить процессы, повсеместно происходящие в живой природе. С помощью органических катализаторов и солнечного света листья зеленых насаждений расщепляют молекулы воды на составные части. Молекулы кислорода высвобождаются в атмосферу, а молекулы водорода связываются с углекислым газом, образуя органические соединения, за счет которых увеличивается количество биомассы растительного происхождения. Искусственный фотосинтез является идеальной технологией, которая может решить энергетические проблемы и проблемы, связанные с глобальным потеплением. Поэтому над разработкой технологий искусственного фотосинтеза по всему миру работает множество групп ученых и исследователей.
«Наше устройство является моделью, демонстрирующей новый вид разработанной нами технологии искусственного фотосинтеза. Когда солнечный свет попадает на электрод из специального каталитического материала, происходит многоэтапная реакция восстановления углекислого газа. Ячейка, которая изначально была желтого оттенка постепенно становится все более и более зеленой, показывая уровень переработки углекислого газа» — рассказывают представители компании Panasonic.
Для работы технологии искусственного фотосинтеза объем ячейки, в которой находится фотоэлектрод из специального материала, заполняют водой. При попадании солнечного света на молекулы воды, находящиеся вблизи катализатора, эти молекулы расщепляются на молекулу кислорода, ионы водорода и свободные электроны. Электроны по проводу перемещаются к пластине другого катализатора, где происходит реакция ионов водорода с молекулами углекислого газа. В результате этой химической реакции образуются органические вещества, преимущественно муравьиная кислота.
Для обеспечения реакции, в которой принимает участие углекислый газ, электроны должны быть возбуждены с помощью солнечного света до высокого энергетического состояния. Это достигается за счет использования фотоэлектрода из азотного полупроводникового материала, такого же, который используется в светодиодных источниках света. Подбирая состав металлического катализатора можно добиться того, что в результате реакции фотосинтеза будет получаться определенный тип органического вещества. В настоящее время в лаборатории компании Panasonic ведется поиск состава катализатора, который позволит получать органические соединения, отличные от муравьиной кислоты, которые можно будет использовать в качестве энергоносителей.
«В будущем мы планируем получать с помощью искусственного фотосинтеза более полезные органические вещества, такие как длинные углеводороды и спирты. В других экспериментах исследователи пытались подобрать состав катализатора, используя одну ячейку за один раз. Наше устройство искусственного фотосинтеза содержит сразу восемь независимых ячеек, с их помощью мы одновременно можем делать сразу восемь экспериментов с различными видами материалов и реакций. Поэтому мы надеемся добиться успеха гораздо раньше».
В боле дальних планах компании Panasonic стоит создание эффективной системы искусственного фотосинтеза, на выходе которой будет получаться этанол. Этанол можно будет использовать в качестве топлива для автомобилей или для топливных элементов, а поглощение установкой углекислого газа и выделение ею кислорода позволят хоть ненамного, но улучшить окружающую нас среду.
