Искусственный фотосинтез сможет делать биотопливо из воздуха. При этом он будет в пять раз эффективнее естественного фотосинтеза

С настоящим фотосинтезом общего у системы мало. В листьях растений идет процесс, при котором вода и углекислый газ под действием света и при ключевом участии сложной и громоздкой биохимии превращаются в глюкозу и кислород. Искусственный же фотосинтез, о котором идет речь в этом проекте, — это, если вкратце, восстановление CO₂ до CO под действием света и металлических катализаторов с выделением кислорода. Хотя сам по себе угарный газ — опасная отрава, из него можно получить много полезных веществ, например спирт, метанол, этилен и муравьиную кислоту.

Читайте также: Выжимая педаль фотосинтеза. Можем ли мы ускорить главную реакцию биосферы?

Одна из сложностей в искусственном фотосинтезе связана с источником углекислого газа. В том виде, в каком он содержится в воздухе, CO₂ для реакций  малопригоден. Его нужно подавать под давлением, чтобы затея имела смысл. Ученые  из Университета Иллинойса предложили новый подход, в котором искусственно нагнетать углекислоту не нужно. Они решили использовать мембрану из анионообменной смолы, которая пропускает в одну сторону CO₂, но в обмен на воду. Таким образом, если смочить мембрану, она будет подавать углекислый газ куда надо «самотеком» — например туда, где идет реакция по превращению CO₂ в CO.

Ученые предложили поместить всю начинку с катализаторами, которая производит угарный газ, в капсулу размером $1,7\times 0,2$ метра из четвертичной аммониевой смолы, заполненную водой. Условно такие приспособления можно назвать «листьями», которые действительно будут забирать из воздуха углекислый газ и отдавать кислород, вырабатывая при этом CO, нужный для синтеза полезных углеводородов.

Авторы статьи провели расчеты, использовав уже имеющиеся данные об эффективности работы мембран, пропускающих CO₂, реакций его восстановления, синтеза продуктов и стоимости всех реагентов и материалов. Расчеты показали, что система из таких листьев общей площадью 122 квадратных метра сможет производить 0,4 тонны CO в сутки, по цене примерно $ 185 за тонну. КПД процесса ожидается примерно в 14%, что примерно в пять раз выше, чем эффективность настоящего фотосинтеза у растений. При этом вся установка сможет за сутки снижать концентрацию углекислого газа на 10% на территории в радиусе 100 метров.

 Максим Абдулаев