Для розщеплення води на кисень і водень установка використовує сонячну енергію.
Вчені Гарвардського університету (Harvard University) розробили «біонічний лист» - пристрій, який дозволяє отримувати спиртове паливо з води за допомогою сонячної енергії. Воно майже в десять разів ефективніше природних фотосинтезуючих систем. Стаття з результатами дослідження опублікована в журналі Science.
Установка працює на сонячних батареях. Вона розщеплює воду на кисень і водень, а бактерії Ralstonia eutropha перетворюють водень і отриманий з повітря вуглець на спиртове паливо. Дослідники називають своє творіння «біонічним листом 2.0», оскільки це не перша спроба створити штучну фотосинтезуючу систему. Пристрій, який вони розробили в 2015 році, отримував 216 міліграмів спиртового палива з літра води. Однак вчені зіткнулися з проблемою: каталізатор з суміші нікелю, молібдену і цинку, який дозволяв розщеплювати воду, призводив до виділення активних форм кисню. Ці молекули руйнували ДНК бактерій, і ті гинули. Щоб цього уникнути, доводилося запускати установку при аномально високій напрузі, через що її ефективність знижувалася.
Дослідники почали пошуки кращого каталізатора, який би не шкодив живим організмам і при цьому ефективно розщеплював воду. У новій версії «біонічного листа» вони використовують суміш кобальту і фосфору. "Ми розробили новий кобальт-фосфорний сплавний каталізатор, який не призводить до утворення активних форм кисню. Це дозволило нам знизити напругу і значно підвищити ефективність ", - говорить хімік Даніель Ночера (Daniel Nocera), один з творців фотосинтетичної установки. Тепер «біонічний лист» виробляє ізопропіловий і достатний спирт з ефективністю близько 10%: кожна кіловат-година дозволяє бактеріям поглинути з 230 000 літрів повітря 130 грамів CO2 і виробити 60 грамів спирту. Для порівняння, ефективність фотосинтезу рослин становить 1%.
Ефективність фотосинтезу визначається як енергоутримання річної біомаси (теплота згоряння вуглеводів до CO2 і рідкої H2O в стандартних умовах), поділене на річну інсоляцію тієї ж області.
Ralstonia eutropha може виробляти не тільки паливо, але й інші речовини, наприклад, складні вуглеводневі молекули. За допомогою нової установки дослідникам вдалося отримати попередники біопластику, тому вони налаштовані оптимістично. "У вас є мікроорганізми, які живляться тільки воднем, і водень, який ви отримуєте, розщеплюючи воду з використанням сонячної енергії. Так що у вашому розпорядженні відновлювані мікроби і синтетична біологія, яка змусить їх виробляти що завгодно ", - резюмує Ночера.