Разработана эффективная концепция преобразования углекислого газа в чистое топливо
Исследователи из Кембриджского университета ранее уже демонстрировали, что с помощью биологических катализаторов или ферментов можно производить топливо с использованием возобновляемых источников энергии. Однако тогда они смогли сделать это с низкой эффективностью. В своём последнем исследовании они увеличили эффективность производства топлива в 18 раз. В лабораторных условиях они продемонстрировали, что выбросы углерода можно эффективно преобразовывать в экологически чистое топливо без потерь энергии.
Изображение: cam.ac.uk
Большинство способов преобразования CO2 в топливо дают нежелательные побочные продукты. Например, это водород. Специалисты могут изменить химические условия процесса, чтобы свести его образование к минимуму. Но в этом случае понижается эффективность преобразования CO2. Специалисты из Университета Кембриджа разработали концепцию, основанную на ферментах, выделенных из бактерий, для запуска химических реакций, которые превращают CO2 в топливо. Предложенные ферменты являются более эффективными катализаторами, чем другие материалы. При этом они очень чувствительны к окружающей химической среде. Если она для них не подходит, то ферменты распадаются и химические реакции протекают медленно.
Ученые из Кембриджа работали во взаимодействие с командой специалистов из Университета Нова-де-Лиссабон в Португалии. Вместе они разработали метод повышения эффективности электролиза посредством точной настройки условий раствора для изменения локальной среды ферментов. Как говорит доктор Эстер Эдвардс Мур из Кембриджского химического факультета имени Юсуфа Хамида, ферменты значительно эволюционировали в течение миллионов лет. Теперь они могут быть избирательными и эффективными, что делает их идеальным решением для производства возобновляемого топлива. Основной плюс заключается в том, что они не дают нежелательных побочных продуктов. Но, по словам Мур, чувствительность к ферментам связана с рядом других проблем. Они в своей методике смогли учесть эту чувствительность и регулировать местную среду в соответствии с идеальными условиями для работы ферментов.
Для разработки системы по улучшению электролиза CO2 исследователи применяли вычислительные методы. По сравнению с текущим эталонным решением им удалось увеличить объём производства топлива в 18 раз с помощью созданной системы на основе ферментов. Для ещё лучшего усовершенствования местной среды специалисты показали, каким образом два фермента могут работать вместе. Один из них контролировал химическую среду, а другой участвовал в производстве топлива. Для ускорения реакций они добавляли другой фермент. В результате увеличилась эффективность, и снизился объём нежелательных побочных продуктов.
Один из авторов исследования, доктор Сэм Кобб, сказал, что они получили именно то топливо, которые хотели. Его удалось произвести с максимальной эффективностью, без побочных продуктов и с минимальными затратами энергии. Вдохновение для своей работы они подчеркнули из биологии. На основе естественных процессов, по их мнению, можно создавать более совершенные синтетические системы мы для электролиза CO2 в больших масштабах.
Руководитель исследования, профессор Эрвин Рейснер, отметил, что электролиз играет важную роль в сокращении выбросов углерода. Вместо улавливания и хранения CO2, которые являются очень энергозатратными, можно использовать новую концепцию улавливанию углерода и получения из него полезных продуктов энергоэффективным способом. Исследователи считают, что секрет эффективного электролиза CO2 кроется в катализаторах. За последние годы учёные смогли добиться больших успехов в разработке синтетических катализаторов. Однако ферменты, используемые в данной работе, пока не имеют себе равных.
Кобб говорит, что как только удастся разработать более качественные катализаторы, сразу отпадут многие проблемы, связанные с электролизом CO2. По его мнению, исследовательской группе удалось показать научному сообществу, что можно создавать катализаторы будущего и покончить с теми компромиссами, которые делаются в этом процессе сегодня. Ведь то, что они узнают из ферментов, можно перенести на синтетические катализаторы в будущем.
Эдвардс Мур сказала, что как только они разработали концепцию и испытали её, сразу увидели огромное улучшение производительности. Она опасалась, что придётся потратить годы на понимание того, что происходит на молекулярном уровне. Но после того как они оценили влияние местной химической среды, им удалось быстро понять весь процесс.
Кобб говорит, что в будущем они планирует использовать полученные знания для решения некоторых сложных проблем, которые существуют при использовании современных катализаторов. Например, они хотят применить полученные знания в использование CO2 прямо из воздуха. В этом процессе свойства ферментов в качестве идеальных катализаторов могут быть использованы с высокой эффективностью. Результаты проведённой работы были опубликованы здесь и здесь.
(голосов: 1, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
