Команда учёных из Национальной лаборатории имени Лоуренса Беркли (Berkeley Lab), работающая совместно с международными партнёрами, сделала значительный шаг на пути к устойчивым энергетическим решениям. Им удалось разработать искусственный лист, способный преобразовывать углекислый газ в жидкое топливо и другие ценные химические соединения, используя только солнечный свет.
Как это работает?
Разработка опирается на принципы природного фотосинтеза, но при этом приспособлена для масштабного промышленного применения. Исследователи использовали сочетание катализирующих свойств меди и перовскита — минерала, активно применяемого в солнечных панелях. Это позволило создать автономную систему, превращающую солнечный свет и углекислый газ (CO₂) в молекулы углерода с двумя атомами (С2), которые широко применяются в производстве топлива и пластмасс.
Проект реализуется в рамках инициативы Liquid Sunlight Alliance (LiSA), финансируемой Министерством энергетики США и возглавляемой Калифорнийским технологическим институтом в партнёрстве с Berkeley Lab. В нём участвуют более 100 учёных из ведущих научных учреждений, включая SLAC, Национальную лабораторию возобновляемых источников энергии, UC Irvine, UC San Diego и Университет Орегона. Цель проекта — создание технологий, превращающих солнечный свет, воду и CO₂ в топливо.
По словам ведущего исследователя Пэйдуна Яна, профессора химии и материаловедения Калифорнийского университета в Беркли, вдохновением для команды послужила сама природа. Учёные построили устройство размером с почтовую марку, имитирующее фотосинтез в растениях, но вместо хлорофилла использовали светопоглощающие элементы на основе перовскита. А специально разработанные медные электрокатализаторы, напоминающие миниатюрные цветы, обеспечивали необходимые химические реакции.
Несмотря на то что биологические материалы ранее уже использовались для искусственного фотосинтеза, команда Яна сделала выбор в пользу меди. Хотя она менее избирательна в химических реакциях, чем биологические катализаторы, медь обладает рядом преимуществ: она более устойчива, долговечна и подходит для масштабирования технологии.
Испытания с использованием солнечного симулятора показали, что система эффективно превращает CO₂ в молекулы C2. Более того, учёным удалось запустить органическую реакцию окисления в анодной камере, одновременно производя молекулы углерода в катодной — в рамках компактного устройства, полностью работающего от солнечного света.
Разработчики уверены, что их искусственный лист способен стать источником сырья для производства пластмасс, а также топлива для транспорта, который сложно перевести на электричество, например, авиации. В ближайших планах — повышение эффективности устройства и его масштабирование для промышленного применения.
