Машина с листьями сможет производить топливо и воздуха

Ученые из Кембриджского университета создали уникальное устройство, похожее по принципу действия на лист растения. Изобретение преобразует с помощью энергии солнца углекислый газ в синтез-газ, из которого можно производить топливо или сырье для химической промышленности.

Базовая структура искусственного «листа» состоит и двух светопоглощающих молекул и кобальтосодержащего катализатора. Устройство погружается в воду, в прозрачный контейнер. Под воздействием света одна молекула вырабатывает на катализаторе кислород, а вторая превращает углекислый газ и воду в монооксид углерода и водород. Таким образом образуется синтез-газ.  

Опытный образец искусственного «листа» в процессе испытаний. Изображение: University of Cambridge

Устройство  демонстрирует высокую эффективность и продолжает работать даже при низком уровне освещения, например, в пасмурную погоду. Более того, искусственный «лист» не загрязняет окружающую среду и наоборот может сократить количество углекислого газа в атмосфере, компенсируя часть загрязнения от сжигания ископаемого топлива другими энергоустановками.

Отметим, что ранее подобные искусственные материалы уже производились в лабораториях. Но обычно они вырабатывали только водород. В свою очередь, новый тип искусственного «листа» вырабатывает менее взрывоопасный и более универсальный синтез-газ. Это газообразное сырье может использоваться, например, для производства метанола или жидкого топлива для двигателя внутреннего сгорания — с помощью процесса Фишера—Тропша. 

Добиться этого удалось путем замены катализаторов из серебра и платины на кобальт, который дешевле, а также лучше вырабатывает монооксид углерода.  Также в конструкции «листа» использовались современные дешевые и эффективные перовскитовые светопоглотители. Они преобразуют солнечный свет в электричество для поддержания каталитической реакции. В этом плане они намного эффективнее, чем кремниевые солнечные модули.

Таким образом, исследователям удалось создать комбинированное решение, способное изготавливать газообразное топливо, которое можно сжигать сразу или хранить в сжатом виде. Искусственный «лист» представляет собой редкий тип генератора возобновляемой энергии. Он производит углеродное топливо, но при этом поглощает углекислый газ, что компенсирует негативный результат сжигания этого топлива.

Подобная технология может найти широкое применение в промышленности для создания крупных установок, производящих энергию и одновременно химическое сырье. Преимуществами являются нулевой выброс в процессе генерации синтез-газа и возможность использования «дармовой» энергии Солнца. Искусственные «листья» могут применяться в удаленных регионах, на морских судах, интегрироваться в объекты инфраструктуры и напрямую питать газом топливные элементы, вырабатывающие электричество и тепло. В отличие от обычных солнечных панелей, искусственный «лист» эффективно работает в пасмурную погоду, поскольку ему требуется незначительная электрическая мощность для запуска каталитической реакции.