Умные световые ловушки, вдохновленные фотосинтезом

Исследователи из Технического университета Мюнхена (TUM) использовали принцип фотосинтеза для разработки новых устойчивых процессов. В будущем они могут производить синтез-газ для крупнотоннажной химической промышленности и заряжать аккумуляторы.

Синтез-газ (смесь монооксида углерода и водорода) — важный промежуточный продукт для производства многих химических полупродуктов, таких как аммиак, метанол и синтетические углеводородные топлива. В настоящее время его почти исключительно производят из ископаемого сырья.

Команда под руководством профессора Роланда Фишера создала желтый порошок-наноматериал, имитирующий свойства ферментов, участвующих в фотосинтезе. Этот «нанозим» производит синтез-газ из диоксида углерода, воды и света.

Рекордные значения эффективности

В системе молекула-«антенна» принимает свет и передает электроны в реакционный центр (катализатор). Инновация заключается в наличии двух связанных с антенной реакционных центров: один преобразует CO₂ в CO, а другой превращает воду в H₂.

Ключевой результат: энергетический выход системы составляет 36%. Это означает, что в химическую энергию преобразуется до одной трети фотонов, что значительно выше предыдущих систем (часто ~10%). Этот результат открывает путь к более устойчивым промышленным процессам.

Фотоаккумулятор для хранения заряда

В отдельном проекте исследователи разрабатывают материал, который поглощает солнечную энергию и хранит ее в виде электрической. Это открывает возможность создания аккумуляторов, заряжаемых непосредственно солнечным светом.

Принцип схож: материал поглощает фотоны, но энергия не запускает химическую реакцию, а сохраняется в структуре, позволяя хранить электроны в течение длительного времени. Работоспособность системы доказана в лаборатории.

Оба подхода — получение химической энергии и накопление электрической — демонстрируют прямое экспериментальное использование солнечной энергии на основе одного принципа.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.