Відтворення процесу природного фотосинтезу, при якому рослини перетворюють сонячне світло, воду та вуглекислий газ на енергію, є давньою метою науки. Часто описані як «штучне листя», такі системи можуть відіграти ключову роль у боротьбі зі зміною клімату.
За минулі роки було створено чимало систем зі штучним листям, які використовують сонячне світло для перетворення води в рідке паливо та електрику. Один цікавий приклад представили інженери Іллінойського університету в Чикаго (UIC) в 2019 році. За словами творців, у нього був унікальний дизайн, який робив його придатним для використання в реальному світі, на відміну від інших лабораторних рішень, які могли працювати тільки з вуглекислим газом з резервуарів під тиском.
Рішення складалося зі стандартної одиниці штучного фотосинтезу, яка була укладена в прозору капсулу, наповнену водою, і мала напівпроникний зовнішній шар. Коли сонячне світло падало на пристрій, вода випаровувалась через пори у зовнішньому шарі, а замість неї втягувався вуглекислий газ, який внутрішній блок перетворював на оксид вуглецю. Цей CO можна, в свою чергу, вловлювати та використовувати для виробництва синтетичного палива.
Завдяки деяким ключовим змінам у конструкції вчені підняли його продуктивність на новий рівень. Команда використовувала недорогі матеріали для інтеграції електрично зарядженої мембрани, яка діє як градієнт води, як з сухою, так і з вологою стороною. На сухому боці органічний розчинник приєднується до захопленого діоксиду вуглецю і перетворює його на концентрований бікарбонат, який накопичується на мембрані.
Позитивно заряджений електрод на вологій стороні потім пропускає бікарбонат через мембрану в водний розчин, де він знову перетворюється на вуглекислий газ для виробництва палива або в інших цілях. Зміна електричного заряду може прискорити або уповільнити швидкість захоплення вуглецю, яка, як виявив вчений, в оптимальному випадку може захоплювати 3,3 мілімоля в годину на кожні чотири квадратні сантиметри матеріалу.
За словами команди, цей результат більш ніж у 100 разів кращий, ніж у існуючих аналогів. Важливо відзначити, що для живлення реакцій вимагалося лише незначна кількість енергії, 0,4 кДж на годину, що менше, ніж необхідно для роботи одноватної світлодіодної лампочки. Що не менш вражає, команда каже, що система може вловлювати вуглекислий газ за ціною 145 доларів США за тонну, що відповідає рекомендаціям Міністерства енергетики, згідно з якими ці технології мають коштувати 200 доларів США за тонну або менше.