Учёные научились очищать воздух с помощью искусственного фотосинтеза

Учёный Фернандо Урибе-Ромо (Fernando Uribe-Romo) из Университета Центральной Флориды вместе со своими студентами нашёл способ запустить химическую реакцию в синтетических веществах (металлорганических каркасах), во время которой углекислый газ расщепляется на безопасные органические материалы. Этот искусственный процесс подобен природному фотосинтезу, во время которого растения перерабатывают углекислый газ и солнечный свет в питательные вещества. Только метод Урибе-Ромо служит для производства солнечного топлива.

Учёные во всём мире уже давно искали способ использовать видимый свет для запуска такой химической трансформации. Предыдущие опыты были с ультрафиолетовым излучением. Оно обладает достаточной энергией для того, чтобы такая реакция произошла в неорганическом веществе, например в диоксиде титана. Но ультрафиолет — это не больше 4% света, доходящего до нас от Солнца.

Большую часть солнечного излучения составляют электромагнитные волны области видимого спектра. Однако веществ, способных улавливать эти волны для запуска химической реакции по превращению углекислого газа в топливо, немного. Учёные экспериментировали с платиной, рением и иридием, но они слишком редкие и дорогие, поэтому основанные на них технологии были бы нерентабельными.

Эксперимент Урибе-Ромо

Урибе-Ромо решил использовать вполне распространённый нетоксичный титан, добавив к нему органические молекулы (N‑алкил-2-аминотерефталаты), которые должны были собирать свет подобно антеннам. Встроив эти молекулы в металлорганические каркасы, их можно настроить на улавливание света определённого цветового диапазона, в данном случае — синего.

Для проверки гипотезы исследователи собрали фотореактор с синим светодиодным освещением, имитирующим волны голубой области видимого спектра. Затем в камеру фотореактора медленно подавали порции углекислого газа. Эксперимент оказался удачным: в ходе реакции углекислый газ превратился в две восстановленные формы углерода — формиат и формамид (виды солнечного топлива), в процессе ещё и очистив воздух.

«Теперь нужно отладить процесс, чтобы получать большие количества восстановленного углерода», — говорит Урибе-Ромо. Он собирается проверить, запускают ли подобную реакцию волны других областей видимого спектра.

Если это сработает, учёные значительно продвинутся в борьбе с парниковыми газами. Сам Урибе-Ромо мечтает о предприятиях, которые будут строиться рядом с электростанциями, захватывать большие количества углекислого газа и перерабатывать его, поставляя полученную в процессе энергию обратно на электростанцию.

Возможно, когда-нибудь даже крыши домов будут производить из такого материала, который очищает воздух и производит энергию.

«Для этого понадобятся новые технологии и инфраструктура, — говорит Урибе-Ромо. — Но это не невозможно».