Ученые Национальной лаборатории Лоренса Беркли и калифорнийского Университета, создали гибридную систему бактерий и полупроводниковых нанопроводов, имитирующих фотосинтез. Система универсальна, с высоким выходом, и при помощи воды, солнечного света и углекислого газа с ее помощью можно получить химическую основу биоразлагаемых пластмасс, фармацевтических препаратов и даже биотопливо.

Несмотря на постепенное вытеснение традиционных источников эрнергии возобновляемыми, ученые предположили, что нынешние тенденции наращивания углекислого газа в атмосфере Земли все еще могут привести к серьезным последствиям, и сделать это быстрее, чем ожидается.

Одним из способов сохранить контроль над вредными выбросами, может быть сбор и хранение углекислого газа, выходящего из дымовых труб с использованием материалов, таких как полимерные губки. Некоторые ученые продвинулись дальше, работая над технологией, которая может превращать углекислый газ в полезные побочные продукты, такие как карбонат кальция или биотопливо - метанол и изобутанол. Однако эти системы либо еще обладают очень малой мощностью, либо находятся в начале экспериментальной стадии.

Получая вдохновение от матери-природы, ученые разработали систему, использующую солнечный свет и воду для преобразования углекислого газа в широкий диапазон полезных химических веществ.

Концепция искусственного фотосинтеза не нова - она была использована для расщепления воды на водород и кислород и синтеза муравьиной кислоты - но новый подход может изменить ход промышленной эволюции благодаря своей универсальности и продуктивности.

"Наша система имеет потенциал, чтобы коренным образом изменить химическую и нефтяную промышленности тем, что мы можем производить химикаты и топливо в полностью возобновляемой среде, вместо того, извлекая их из земных недр", говорит Пейдонг Янг, который возглавлял исследование вместе с Кристофером и Мишель Чанг.

Изобретение использует два различных вида бактерий в смеси с нанопроволокой из кремния и титана. Кремниевая нанопроволока действует подобно миниатюрной солнечной батарее, поглощая входящий свет и испуская электроны. Эти электроны затем поглощаются анаэробной бактерией "споромуса овата", которая соединяет их с водой и превращает двуокись углерода в ацетат, универсальное химическое соединение. Между тем, титан, имея положительный заряд, остается на месте электрона и используется для извлечения кислорода из воды. Кислород, в свою очередь, используется генномодифицированной бактерией E.Coli, синтезирующей требуемые химические вещества.

Массив нанопроволоки также действует как слой защиты для бактерий, укрывая их на подобии высокой травы, так что эти, как правило, чувствительные к кислороду организмы могут выжить в неблагоприятных условиях окружающей среды, таких как дымовые газы.

В качестве доказательства работоспособности, ученые показали, что их система может преобразовать углекислый газ в химические вещества, включая топливо, полимеры и фармацевтические прекурсоры. Выход процесса оставляет до 26% для бутанола, 25% для аморфадеина, предшественника препарата артемизинин, и 52% для PHB - возобновляемых и биоразлагаемых пластмасс, хотя эти цифры могут вырасти еще больше, с будущими оптимизациями.

Эффективность преобразования солнечной энергии составила 0,38% после 200 часов работы при искусственном солнечном свете, и команда исследователей уже заняты улучшением системы второго поколения, которая имеет эффективность преобразования солнечной энергии 3%, поддающихся химической конверсии. После достижения эффективности преобразования 10% экономически эффективным образом, технология может стать коммерчески жизнеспособной.