Недавно исследователи из Великобритании представили прототип плавающего топливного элемента толщиной с бумагу. Что, если бы люди могли скопировать то, как растения создают свою собственную энергию, и использовать её для питания нашего мира?
В исследовании, опубликованном на прошлой неделе в журнале Nature, исследователи говорят, что создали прототип устройства, способного делать именно это. Команда из Кембриджского университета описала плавающий солнечный «лист», который использует энергию солнца и воды для создания топлива. «Наши искусственные листья работают так же, как листья растений», — сообщил в электронном письме Вирджил Андрей, научный сотрудник Кембриджского университета и один из соавторов исследования. «Однако вместо сахаров мы производим полезные химические вещества».
Листья, созданные Андреем и его коллегами, не являются солнечными панелями, которые вырабатывают электричество, используя солнечную энергию.
Скорее, эта технология использует солнечный свет для проведения химической реакции — в данном случае для создания компонентов, необходимых для жидкого топлива. Листья копируют процесс фотосинтеза растений, используя два разных типа топливных элементов, сделанных из свинцового перовскита, типа солнечного элемента, для производства строительных блоков для синтез-газа.
Синтез-газ, или синтетический газ, представляет собой смесь молекул водорода и монооксида углерода и является важнейшим компонентом многих промышленных процессов. Синтез-газ также можно использовать в качестве топлива, и есть надежда, что синтез-газ сможет заменить другие, более грязные виды топлива в таких процессах, как авиационные и автомобильные двигатели. Но синтетический газ часто производится с использованием ископаемого топлива, такого как уголь и природный газ, а это означает, что он по-прежнему является значительным источником выбросов.
Перспектива таких устройств, как прототип листа, заключается в том, что они могут устранить проблемы, связанные с традиционным синтетическим газом на основе ископаемого топлива. Команда из Кембриджа разработала предыдущую версию листа в 2019 году, которая могла производить компоненты синтез-газа из солнечного света. Но эта технология была крупной и тяжёлой, что ограничивало её использование в очень специфических приложениях и местах. «Большинство прототипов искусственных листьев довольно сложны и могут производить топливо только в небольших лабораторных масштабах», — говорит Андрей. «Здесь мы хотели перепроектировать структуру листьев, чтобы сделать их совместимыми с масштабируемыми методами изготовления и материалами и, в конечном итоге, пригодными для реальных приложений. Для этого мы уменьшили вес устройства, нанеся светопоглотители на тонкие гибкие подложки. В результате наши устройства стали настолько лёгкими, что могли плавать на воде, подобно листьям лотоса».
Андрей сказал, что новые версии — это всего лишь прототипы, и необходимо больше тестов, чтобы понять, насколько хорошо они работают в реальных условиях.
Но дизайн этого нового листа, по словам Андрея, открывает возможности для технологии. «Эти листья можно было бы собрать в плавучие фермы, которые можно было бы разместить на озёрах, реках и береговой линии», — сказал он. «Лёгкие, гибкие листья можно было бы легко транспортировать в отдалённые населенные пункты (например, на острова), обеспечивая децентрализованное производство топлива. Листья могут в дальнейшем использовать загрязнённые воды, например, в шахтёрских озёрах или вблизи портов. Кроме того, они могли бы предотвратить испарение влаги из оросительных каналов, что очень актуально в условиях нынешней засухи».