На дворе кризис. Цены на нефть упали. Вся страна в ожидании: поднимутся или нет. А тем временем поиск альтернатив нефти продолжается. Я уже писал про биотопливо. Многие страны получают его из разных видов растений и используют в промышленных масштабах. Но биотопливо тоже не идеально. Не важно о чем идет речь: нефть, газ, уголь, биотопливо — все это продукты жизнедеятельности растений.
Сначала растения фотосинтезируют — преобразуют энергию солнца в электрохимическую энергию. За счет этой энергии они растут. Выращенная биомасса и есть основа для большинства используемых нами видов топлива. Когда мы получаем топливо из растений, мы их используем как посредников. Это лишний этап в производственной цепочке. Каждый этап - это потери эффективности.
А что, если создать искусственный аналог фотосинтеза, но без лишних премудростей? Сделать так, чтобы под действием солнца из воды и углекислого газа сразу получалось жидкое топливо. Ведь состав любого горючего это водород, углерод и кислород. Все эти элементы есть в углекислом газе и воде. Первый шаг для создания искусственного фотосинтеза — добиться разложения воды на кислород и ионы водорода под действием света. Затем эти вещества уже могут реагировать с углекислым газом. В результате можно получить, например, газ метан. При этом нужно не просто провести такую химическую реакцию. Это как раз не сложно. Нужно найти такие материалы, которые способны очень быстро и эффективно реагировать на падающий свет. То есть успевать использовать каждый фотон падающего света для расщепления воды.
Ученые из национальной лаборатории Беркли (США) для того, чтобы создать «искусственные листья», уже перебрали несколько соединений. Все они были либо дорогие, либо не очень эффективные. В последней работе для разложения воды были использованы нано размерные кристаллы оксида кобальта. Это очень распространенное и недорогое соединение. У одного такого кристалла диаметр 8 нанометров, а длина 50 нанометров. То есть на одном квадратном сантиметре можно разместить несколько миллиардов таких кристаллов. После того как нанокристаллы кобальта были помещены в пористую кварцевую основу, они стали разлагать воду так же эффективно, как и живое растение в процессе фотосинтеза. То есть получился прообраз искусственного листочка. Правда, теперь перед учеными стоит следующая задача. Нужно добавить в этот лист такие вещества, которые будут синтезировать из углекислого газа и продуктов распада воды готовое горючее.
Упрощенная схема искусственного фотосинтеза. Одни вещества под действием падающего света расщепляют воду. Другие заставляют углекислый газ и продукты распада воды соединяться в метан.