211service.com
Ett stort språng för ett konstgjort blad
Det bioniska bladet är ett steg närmare verkligheten.
Daniel Nocera, professor i energivetenskap vid Harvard som banade väg för användningen av artificiell fotosyntes, säger att han och hans kollega Pamela Silver har utarbetat ett system som fullbordar processen att göra flytande bränsle från solljus, koldioxid och vatten. Och de har gjort det med en effektivitet på 10 procent, med ren koldioxid – med andra ord, en tiondel av energin i solljus fångas upp och omvandlas till bränsle. Det är mycket högre än naturlig fotosyntes, som omvandlar cirka 1 procent av solenergin till de kolhydrater som används av växter, och det kan vara en milstolpe i övergången från fossila bränslen. Det nya systemet beskrivs i ett nytt papper in Vetenskap .
Bill Gates har sagt att för att lösa våra energiproblem måste vi någon gång göra vad fotosyntesen gör, och att vi en dag kanske kan göra det ännu mer effektivt än växter, säger Nocera. Att någon dag har kommit.
I naturen använder växter solljus för att göra kolhydrater av koldioxid och vatten. Artificiell fotosyntes försöker använda samma insatser – solenergi, vatten och koldioxid – för att producera energitäta flytande bränslen. Nocera och Silvers system använder ett par katalysatorer för att dela vatten till syre och väte, och matar vätet till bakterier tillsammans med koldioxid. Bakterierna, biokonstruerade till specifika egenskaper, omvandlar koldioxid och väte till flytande bränslen.
Flera företag, bl.a Joule Unlimited och LanzaTech , arbetar för att producera biobränslen från koldioxid och väte, men de använder bakterier som förbrukar kolmonoxid eller koldioxid, snarare än väte. Noceras system, säger han, kan arbeta vid lägre temperaturer, högre effektivitet och lägre kostnader.
Noceras senaste verk är verkligen ganska fantastiskt, säger Peidong Yang från University of California, Berkeley. Yang har utvecklat ett liknande system med mycket lägre effektivitet. Prestandan hos detta system är oöverträffad i något annat artificiellt fotosyntessystem som hittills rapporterats, säger han.
Det nya systemet kan använda ren koldioxid i gasform, eller koldioxid som fångas upp från luften – vilket innebär att det kan vara kolneutralt och inte introducera några ytterligare växthusgaser i atmosfären. Siffran på 10 procent, som använder ren CO2, säger Nocera. Att låta bakterierna själva fånga upp koldioxid från luften, tillägger han, resulterar i en effektivitet på 3 till 4 procent - fortfarande betydligt högre än naturlig fotosyntes. Det är biologins kraft: dessa bioorganismer har naturliga CO2-koncentrationsmekanismer.
Noceras forskning skiljer sig från det arbete som utförs av Gemensamt centrum för artificiell fotosyntes , ett U.S. Department of Energy-finansierat program som försöker använda oorganiska katalysatorer, snarare än bakterier, för att omvandla väte och koldioxid till flytande bränsle. Enligt Dick Co, som leder Solar Fuels Institute vid Northwestern University ligger innovationen i det nya systemet inte bara i dess överlägsna prestanda utan också i dess sammansmältning av två vanligtvis separata områden: oorganisk kemi (för att dela vatten) och biologi (för att omvandla väte och koldioxid till bränsle). Det som verkligen är spännande är hybridmetoden för artificiell fotosyntes, säger Co: Det är spännande att se kemister som går i par med biologer för att utveckla området.
Kommersialisering av tekniken kommer sannolikt att ta år. Hur som helst ser utsikten att förvandla solljus till flytande bränsle plötsligt mycket närmare ut.