Ученые смогли создавать топливо с помощью солнечной энергии: световой нанореактор

Ливерпульский университет сделал прорыв в области инженерной биологии и экологически чистых источников энергии. Команда ученых разработала инновационный гибридный нанореактор, который работает на основе света. Этот реактор объединяет природную эффективность и передовые технологии, что позволяет ему производить водород — экологически чистый и стабильный источник энергии.

Исследование, опубликованное в журнале ACS Catalysis, демонстрирует новаторский подход к искусственному фотокатализу, решающий важнейшую проблему использования солнечной энергии для производства топлива. В то время, как естественные фотосинтетические системы развивались для эффективного использования солнечного света, искусственные системы с трудом достигают аналогичных результатов.

Гибридный нанореактор

Гибридный нанореактор — это инновационное устройство, созданное на основе объединения природных и синтетических компонентов. В его основе лежат оболочки рекомбинантных α-карбоксисом — естественных микроструктур бактерий. Они сочетаются с микропористым органическим полупроводником.

Эти оболочки карбоксисом защищают чувствительные ферменты гидридазы, которые эффективно производят водород, но могут быть деактивированы кислородом. Инкапсуляция ферментов обеспечивает их постоянную активность и эффективность.

Профессор Лунин Лю, возглавляющий кафедру микробной биоэнергетики и биоинженерии в Ливерпульском университете, тесно сотрудничал с профессором Энди Купером, заведующим кафедрой химии и директором Фабрики инновационных материалов этого же учебного заведения. Вместе они создали микропористый органический полупроводник, который функционирует как антенна, собирающая свет. Этот уникальный материал поглощает видимый свет и передает его энергию биокатализатору, что, в свою очередь, стимулирует производство водорода.

Производство водорода с помощью света

— Имитируя сложные структуры и функции естественного фотосинтеза, мы создали гибридный нанореактор, который сочетает в себе способность синтетических материалов поглощать свет и генерировать экситоны с каталитической активностью биологических ферментов. Эта синергия позволяет производить водород, используя свет в качестве единственного источника энергии, — говорит профессор Лунин Лю.

Эта новая разработка может иметь огромное значение. Она способна снизить зависимость от дорогостоящих драгоценных металлов, таких как платина, предлагая более экономичную альтернативу традиционным синтетическим фотокатализаторам, при этом сохраняя их эффективность. Этот прорыв открывает новые горизонты не только в области устойчивого производства водорода, но и в биотехнологических исследованиях в целом.

Эксперты подчеркивают, что данная инновация может стать катализатором для новых проектов в области устойчивой энергетики. Полное избавление от зависимости от невозобновляемых источников энергии и переход к зеленым и безопасным технологиям становится все более достижимой целью. Команда Лунина Лю совместно с международными коллегами намерена продолжить исследования, концентрируясь на расширении функциональности нанореакторов и снижении издержек производства.

 — Было здорово сотрудничать с факультетами университета, чтобы получить такие результаты. Захватывающие результаты исследования открывают возможности для создания биомиметических нанореакторов с широким спектром применения в области чистой энергии и ферментативной инженерии, способствуя углеродно-нейтральному будущему, — сказал директор Фабрики инновационных материалов профессор Энди Купер.

Дальнейшее развитие этой технологии обещает изменение способов хранения и использования солнечной энергии. Применение гибридных нанореакторов не ограничивается только производством водорода. Они обладают потенциалом для преобразования различных химических веществ, расширяя возможности фотокаталитических процессов. Задачей ученых теперь станет оптимизация конструкции нанореакторов и повышение их стабильности в долгосрочной перспективе, что позволит адаптировать их для использования в промышленном масштабе.

В ходе десятилетнего эксперимента были получены важные сведения о внутренней структуре нуклонов. Эти данные могут помочь разрешить так называемый «кризис спина нуклона». Подробности в материале 56orb.