Разработано экологически чистое топливо на основе диоксида углерода
Новости 28 февраля 2022

Разработано экологически чистое топливо на основе диоксида углерода

Далее

Исследователи из Кембриджского университета ранее уже доказывали, что биологические катализаторы или ферменты могут производить топливо с использованием возобновляемых источников энергии, однако — с низкой эффективностью.

Их последнее исследование продемонстрировало повышенную эффективность производства топлива — как минимум в 18 раз в лабораторных условиях. Это доказало, что загрязняющие выбросы углерода могут быть эффективно превращены в экологически чистое топливо без потерь энергии.

Большинство методов преобразования диоксида углерода (CO2) в топливо производят нежелательные побочные продукты — например, такие, как водород. Ученые могут изменить химические условия, чтобы свести к минимуму производство водорода, — но это, в свою очередь, снижает производительность преобразования CO2.

Доказательство концепции, разработанной Кембриджским университетом, основано на ферментах, выделенных из бактерий для запуска химических реакций, которые превращают CO2 в топливо. Этот процесс называется электролизом. Ферменты, как правило, более эффективны, чем другие катализаторы — такие как золото, но они очень чувствительны к местной химической среде. Если она не совсем подходит для них, то ферменты распадаются, и химические реакции идут медленно.

Исследователи из Кембриджа, работая с командой из Университета Нова-де-Лиссабон в Португалии, разработали метод повышения эффективности электролиза путем точной настройки условий раствора для изменения локальной среды ферментов.

«Ферменты эволюционировали в течение миллионов лет, чтобы быть чрезвычайно эффективными и избирательными, — и они отлично подходят для производства топлива, потому что у них нет никаких нежелательных побочных продуктов», — рассказала доктор Эстер Эдвардс Мур из Кембриджского химического факультета имени Юсуфа Хамида, автор статьи PNAS.

«Однако чувствительность к ферментам связана с другим набором проблем. Наш метод учитывает эту чувствительность, так что местная среда регулируется в соответствии с идеальными условиями работы фермента», — добавила ученая.

Исследователи использовали вычислительные методы для разработки системы для улучшения электролиза CO2. При использовании системы на основе ферментов уровень производства топлива увеличился в 18 раз по сравнению с текущим эталонным решением.

Чтобы еще больше улучшить местную окружающую среду, команда показала, как два фермента могут работать вместе: один при этом производит топливо, а другой контролирует окружающую среду. Исследователи обнаружили, что добавление другого фермента ускорило реакции, повысив эффективность и уменьшив нежелательные побочные продукты.

«Мы получили именно то топливо, которое хотели — без побочных продуктов и с минимальными потерями энергии», — отметил доктор Сэм Кобб, первый автор статьи Nature Chemistry.

«Электролиз играет большую роль в сокращении выбросов углерода. Вместо того, чтобы улавливать и хранить CO2 , что невероятно энергоемко, мы продемонстрировали новую концепцию улавливания углерода и получения из него чего-то полезного энергоэффективным способом», — объяснил суть исследования профессор Эрвин Рейснер.

Ученые рассказали, что секрет более эффективного электролиза CO2 кроется в катализаторах. В последние годы были достигнуты большие успехи в разработке синтетических катализаторов — однако они все еще не дотягивали до ферментов, которые исследователи использовали в этой работе.

«Как только вам удастся сделать более качественные катализаторы, множество проблем, связанных с электролизом CO2, просто исчезнут. Мы демонстрируем мировому научному сообществу, что как только мы сможем производить катализаторы будущего, то сможем покончить со многими компромиссами, на которые нам приходится идти сегодня», — отметил Кобб.

«Как только мы разработали концепцию, улучшение производительности было поразительным. Я боялся, что мы потратим годы, пытаясь понять, что происходит на молекулярном уровне, но как только мы по-настоящему оценили влияние местной среды, все стало развиваться очень быстро. В будущем мы хотели бы использовать все то, что узнали, для решения некоторых сложных проблем, с которыми борются современные катализаторы, — например, использование CO2 прямо из воздуха. Это условия, при которых свойства ферментов как идеальных катализаторов действительно могут блистать», — подытожил ученый.


Читать далее

Самое большое генеалогическое древо человечества показало историю нашего вида

Физики воссоздали способности Т-1000 из «Терминатора-2» в лаборатории

Ученые, возможно, нашли недостающее звено между одноклеточными и клетками человека