Поиски новых способов использования солнечной энергии сделали шаг вперед после того, как исследователи успешно разделили воду на водород и кислород, изменив фотосинтетический механизм в растениях.
Фотосинтез - это процесс, который растения используют для преобразования солнечного света в энергию. Кислород вырабатывается как побочный продукт фотосинтеза, когда вода, поглощаемая растениями, «расщепляется». Это одна из самых важных реакций на планете, потому что она является источником почти всего кислорода в мире. Водород, который образуется при разделении воды, потенциально может быть зеленым и неограниченным источником возобновляемой энергии.
Новое исследование, проведенное учеными из колледжа Святого Иоанна Кембриджского университета, использовало полуискусственный фотосинтез для изучения новых способов производства и хранения солнечной энергии. Они использовали естественный солнечный свет для преобразования воды в водород и кислород, используя смесь биологических компонентов и искусственных технологий.
Исследование теперь может быть использовано для революционного изменения систем, используемых для производства возобновляемой энергии. В новой статье, опубликованной в журнале Nature Energy, рассказывается, как ученые из лаборатории Рейснера в Кембридже разработали свою платформу для самостоятельного разделения воды с помощью солнечной энергии.
Их метод также позволил поглощать больше солнечного света, чем естественный фотосинтез.
Катаржина Сокол, первый автор и аспирант колледжа Святого Иоанна, сказала: «Естественный фотосинтез неэффективен, потому что он эволюционировал только для того, чтобы выжить, поэтому он производит минимально необходимое количество энергии - около 1-2 процентов. того, что он потенциально может преобразовать и сохранить."
Искусственный фотосинтез существует уже несколько десятилетий, но он еще не был успешно использован для создания возобновляемой энергии, поскольку он основан на использовании катализаторов, которые часто дороги и токсичны. Это означает, что его пока нельзя использовать для масштабирования результатов до промышленного уровня.
Кембриджское исследование является частью развивающейся области полуискусственного фотосинтеза, целью которой является преодоление ограничений полностью искусственного фотосинтеза за счет использования ферментов для создания желаемой реакции.
Сокол и команда исследователей не только улучшили количество производимой и хранимой энергии, но и сумели реактивировать процесс в водорослях, который бездействовал на протяжении тысячелетий.
Она объяснила: «Гидрогеназа - это фермент, присутствующий в водорослях, который способен восстанавливать протоны в водород. В ходе эволюции этот процесс был деактивирован, потому что он не был необходим для выживания, но нам удалось обойти бездействие реакция, которую мы хотели - расщепление воды на водород и кислород."
Сокол надеется, что полученные результаты позволят разработать новые инновационные модельные системы для преобразования солнечной энергии.
Она добавила: «Удивительно, что мы можем избирательно выбирать процессы, которые хотим, и достигать желаемой реакции, которая недоступна в природе. Это может стать отличной платформой для разработки солнечных технологий. Этот подход можно использовать для соедините вместе другие реакции, чтобы увидеть, что можно сделать, извлеките уроки из этих реакций, а затем создайте синтетические, более надежные элементы технологии солнечной энергии».
Эта модель является первой, в которой успешно используются гидрогеназа и фотосистема II для создания полуискусственного фотосинтеза исключительно за счет солнечной энергии.
Д-р Эрвин Рейснер, глава лаборатории Рейснера, член колледжа Святого Иоанна Кембриджского университета и один из авторов статьи, назвал это исследование «вехой».
Он объяснил: «Эта работа решает множество сложных задач, связанных с интеграцией биологических и органических компонентов в неорганические материалы для сборки полуискусственных устройств, и открывает набор инструментов для разработки будущих систем преобразования солнечной энергии."