Изкуствени листа имитират фотосинтеза – процесът, при който растенията използват вода и въглероден диоксид от въздуха, за да произвеждат въглехидрати, като използват енергия от слънцето. Но дори и най-съвременните изкуствени листа, които обещават да намалят въглеродния диоксид от атмосферата, досега работят само в лаборатории, защото използват чист въглероден диоксид под налягане от резервоари.
Изкуствения био- лист на UIC. Въглеродният диоксид (червени и черни топки) влиза в листата, тъй като водата (бели и червени топки) се изпарява от дъното на капсулата. Изкуствена фотосистема (лилавата част в центъра на листа), направена от светлинен абсорбер, покрит с катализатори, превръща въглеродния диоксид във въглероден оксид и превръща водата в кислород (показан като двойна червена топка), използвайки слънчева светлина.
Сега обаче, изследователи от Университета на Илинойс в Чикаго – University of Illinois at Chicago (UIC) предложиха дизайнерско решение, което би могло да извади изкуствените листа от лабораторията и да ги разположи в околната среда.
Създаденото от тях изкуствено листо, което би използвало въглероден диоксид – мощен парников газ – от въздуха, би било поне 10 пъти по-ефективно от естествените листа при превръщането на въглеродния диоксид в гориво. Техните констатации са докладвани в списание ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
Досега всички проекти за изкуствени листа, които са били тествани в лабораторията, използват въглероден диоксид от резервоари под налягане. За да се приложат успешно в реалния свят, тези устройства трябва да могат да изтеглят въглероден диоксид от много по-разредени източници, като въздух и димни газове, генерирани от електроцентрали за изгаряне на въглища“, казва Мениш Сингх, инженер химик в UIC и автор на проекта.
Сингх и неговият колега Адития Праджапати предлагат решаването на този проблем чрез капсулиране на традиционен изкуствен лист вътре в прозрачна капсула, направена от полупропусклива мембрана на кватернерна амониева смола и пълна с вода. Мембраната позволява на водата отвътре да се изпарява, когато се затопли от слънчевата светлина. Когато водата преминава през мембраната, тя избирателно извлича въглероден диоксид от въздуха. Изкуствената фотосинтетична единица вътре в капсулата е съставена от светлинен абсорбент, покрит с катализатори, които превръщат въглеродния диоксид във въглероден оксид, който може да се източи и използва като основа за създаването на различни синтетични горива. Кислородът също се произвежда и може да се събира или освобождава в околната среда.
„Чрез обгръщането на традиционната технология на изкуствените листа с тази специализирана мембрана, цялата единица може да функционира на открито, като естествен лист“, казва Сингх.
Според техните изчисления, 360 листа, всяко с дължина 1.7 м и ширина от 0.2 м, ще произвеждат почти половин тон въглероден окис на ден, което може да се използва като основа за получаване на синтетични горива. Триста и шестдесет от тези изкуствени листа, покриващи площ от 500 метра, биха могли да намалят равнището на въглероден диоксид с 10% в околния въздух в рамките на 100 метра от масива за един ден.
„Нашият концептуален дизайн използва лесно достъпни материали и технологии, които, когато се комбинират, могат да произведат изкуствен лист, който е готов да бъде разгърнат извън лабораторията, където може да играе важна роля за намаляване на парниковите газове в атмосферата“, каза Сингх.
