Новый вид альтернативной энергии - искусственный фотосинтез

Всемирный экономический форум 2017 года отметил 10 лучших представленных новых технологий, среди которых одну назвали “святым Граалем” XXI века. Б.Гейтс называет эту технологию “волшебной”.

Суть технологии состоит в использовании солнечной энергии для выработки другой энергии, но не с помощью солнечных батарей, как мы себе это представляем, а с помощью искусственного фотосинтеза (ИФ).

Эту технологию можно описать на примере природы.

Солнечный свет в природе используется растением для выработки углеводов из воды и углекислого газа. Такой процесс можно имитировать искусственно для производства энергии и химических веществ.Это означает, что искусственный фотосинтез может послужить не только для зарядки электромобилей, но и обеспечить энергией целые города. Это может положить конец нашей зависимости от всех видов ископаемого топлива.

Как работает эта технология

Для разделения воды и углекислого газа на водород, кислород и углерод, фотосинтез использует солнечную энергию. Водород, в свою очередь, можно использовать полностью в качестве топлива или объединять с химическими элементами для создания жидкого топлива, например, метанола.

По сравнению с солнечными батареями, которые тяжелые и объемистые, искусственный фотосинтез для производства энергии более привлекателен.

Самым большим барьером коммерческой привлекательности такой альтернативы является эффективность, с которой осуществляется химический процесс преобразования энергии. Естественный фотосинтез у растений преобразует только 1% солнечной энергии в углеводород и этот уровень слишком низкий, чтобы быть коммерчески жизнеспособным.

Искусственный фотосинтез, проведенный в лаборатории, поднял коэффициент эффективности до 10% и больше.

Ученые из университета Монаша в Мельбурне (Австралия), значительно расширили границы исследования. Они использовали процесс искусственного фотосинтеза для выработки водорода с рекордной эффективностью 22%. Сам процесс заключается в прохождении солнечного электрического тока через воду, чтобы отделить водород.

Профессор и руководитель энергетической программы Центра передового опыта по электроматериалам в Монаше Дуг Макфарлейн говорит, что водород можно использовать прямо в топливных элементах.

Для многих автопроизводителей становиться доступным производство автомобилей, которые приводят в действие топливные элементы.

Чтобы хранить энергию от солнечных батарей на крышах, можно использовать водород, как недорогую технологию аккумулирования энергии на бытовом уровне.

Одним из наиболее интересных и успешных открытий университета Монаша показал, что процесс искусственного фотосинтеза будет работать, используя неочищенную воду рек, и позволяя размещать оборудование в разных географических точках.

Метанол – простейший углеводород, который может использоваться в двигателях внутреннего сгорания.

Китай, вполне ожидаемо, и здесь первый

Крупнейшим потребителем метанола является Китай. Он уже давно использует метанол для смешивания с бензином в низкой 15%-ой концентрации и продает его на заправочных станциях. Такси и автобусные автопарки используют бензин, где высокий уровень метанола-85%.

Китай является мировым лидером в области использования метанола. По данным Управления энергетической информацией США, он и дальше расширяет свои производственные мощности.

Для нефтеперерабатывающих заводов Китая смешивание метанола с бензином означает значительное увеличение поставок топлива.

По сравнению с бензином, метанол имеет 50% энергии на единицу объема, несмотря на это, он считается перспективной альтернативой ископаемым видам топлива, загрязняющим атмосферу.

В самом густонаселенном городе Китая – Шанхае, 13 из 23-х провинций округа утвердили местные стандарты для смесей от 5% до 90% метанола.

А как же другие страны?

В других странах тоже проводятся исследования, используя основу этих технологий, для создания новых видов топлива и химических веществ, даже при низких концентрациях углекислого газа.

Профессор Гарсия Мартинес из университета Аликанте в Испании, описал исследование, проведенное в Гарварде, как разновидность процесса искусственного фотосинтеза, где были использованы сконструированные метаболические бактерии для создания азотных удобрений непосредственно в почве. Это сможет увеличить урожайность культур, в местах, где недоступны обычные удобрения.

Эти технологии будут использоваться для производства продуктов, начиная от топлива и заканчивая удобрениями, лекарствами и пластиком, в зависимости от метаболического процесса.

Сейчас исследовательские лаборатории по всему миру продолжают работать, чтобы понять основу фотосинтеза и воспроизводить его в промышленных процессах.

“Электрохимическое расщепление воды может обеспечить дешевый, чистый и возобновляемый источник водорода, и в конечном счете стабильное топливо”- сказал профессор Леоне Спиччиа из Школы химии университета Монаша.

Последние исследования имеют большое значение и дают нам надежду, что искусственный фотосинтез станет реальностью в повседневной жизни.