Cозданы солнечные батареи, преобразующие СО2 в топливо

Американские физики создали революционные солнечные батареи, дешево и эффективно преобразующие атмосферный углекислый газ в углеводородное топливо, используя энергию света и воду, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

"Эта солнечная батарея представляет собой не фотоэлектрическое, а фотосинтетическое устройство. Теперь мы можем отказаться от принципиально нежизнеспособного "одностороннего" производства энергии, превращая ископаемые виды топлива в углекислоту, и обратить процесс вспять, перерабатывая атмосферный СО2 в топливо при помощи света", — заявил Амин Салехи-Ходжин (Amin Salehi-Khojin) из университета штата Иллинойс в Чикаго (США).

Фотосинтез ex machina

За миллионы лет эволюции растения и цианобактерии научились захватывать фотоны солнечного света и использовать их энергию для сборки молекул питательных веществ. С одной стороны, этот процесс очень эффективен с точки зрения химии, а с другой — растения используют лишь 1-2% от общей энергии излучения Солнца. Учитывая нарастающий продовольственный кризис и нужду в "зеленых" источниках топлива, ученые в последние годы неоднократно пытались "улучшить" КПД растений, меняя их геном, и создать более эффективный искусственный аналог фотосинтеза.

Салехи-Ходжин и его коллеги довели этот процесс до логического конца, создав такой катализатор, который способен использовать энергию света для превращения молекул СО2 и воды в угарный газ (СО) и водород, из которых можно изготовлять метанол и другие виды горючих спиртов.

Сердцем их "искусственного листа", как называют эту установку ученые, является емкость, в которой содержится катализатор – диселенид вольфрама — в виде небольших чешуек, и особая ионная жидкость – 1-этил-3-метилимидазол тетрафторборат – способствующая разложению молекул СО2 на угарный газ и кислород, и использующая часть высвобожденной энергии для разложения воды на водород и кислород.

Приручить Солнце

Энергия для этой системы вырабатывается небольшим набором солнечных батарей, которые преобразуют свет в движение электронов и заставляют катализатор разделять СО2 на О и СО. По словам ученых, их "лист" начинает работать уже при обычном солнечном освещении, и не требует концентрации света, как многие другие фоторасщепители воды и углекислоты.

По словам ученых, им удалось добиться того, чтобы их катализатор использовал свыше 24% энергии света, гораздо выше, чем удавалось добиться в других подобных приборах. Подобный показатель является важной вехой – он заметно выше отметки в 17% КПД, которую многие ученые считают порогом коммерческой жизнеспособности для производства углеводородов "из воздуха", а не их извлечения из недр планеты. Благодаря этому общее КПД системы превышает 4,5%, что почти в два раза больше, чем у других "искусственных листьев".

Как отмечает Салехи-Ходжин, такие установки могут быть использованы для получения топлива не только на Земле, но и, к примеру, на Марсе, чья атмосфера состоит на 99% из углекислого газа. Вода на Марсе есть, и силы местного солнечного света, по его оценкам, хватит для запуска данной реакции и обеспечения первых марсианских колоний водой, кислородом, светом и теплом.

С другой стороны, не стоит ждать, что углеводороды резко подешевеют прямо завтра — главной проблемой на пути скорейшего "вторжения" этой технологии в нашу жизнь пока является то, что солнечные батареи, погруженные в раствор с катализатором, деградируют через 4-5 часов его работы. Ученым еще предстоит создать такие фотоэлементы, которые бы не разрушались под действием ионной жидкости и тех химических процессов, которые в ней протекают.