Система искусственного фотосинтеза

28.03.2020

Фотосинтез - это химическая реакция, вызванная солнечным светом, которую зеленые растения и водоросли используют для превращения углекислого газа (CO2) в клеточное топливо. Ученые по всему миру стремятся использовать ее для создания видов топлива, которые могут питать наши дома и транспортные средства. Команде Хайнца Фрея (Heinz Frei) из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли удалось создать технологию, которая очень близка к решению этой задачи.

Новая система искусственного фотосинтеза включает в себя "солнечную топливную плитку", которая содержит миллиарды наноразмерных трубок, зажатых между крышками из тонкого, слегка гибкого силиката, с отверстиями для трубок, пронизывающими эти крышки. Каждая крошечная (около 0,5 микрометра в ширину) полая трубка внутри плитки состоит из трех слоев: внутреннего слоя из оксида кобальта, среднего слоя из диоксида кремния и внешнего слоя из диоксида титана. Во внутреннем слое трубки энергия солнечного света, доставляемая оксиду кобальта, расщепляет молекулы воды (в форме влажного воздуха, который проходит через внутреннюю часть каждой трубки), образуя свободные протоны и кислород. Протоны легко протекают через наружный слой и объединяются с диоксидом углерода, в результате чего образуется топливо - монооксид углерода.

Топливо собирается в пространстве между трубками и его можно легко слить в отдельную емкость. При этом средний слой стенки трубы удерживает кислород, образующийся в результате окисления воды во внутренней части трубы, и блокирует проникновение двуокиси углерода и образующихся молекул топлива снаружи внутрь, тем самым разделяя две очень несовместимые зоны химической реакции.

Дизайн системы имитирует реальные живые фотосинтетические клетки, которые разделяют реакции окисления и восстановления с органическими мембранными компартментами внутри хлоропласта.

В настоящее время с помощью новой системы ученые получают топливо в виде монооксида углерода и работают над получением метанола.

<< Назад: Суперконденсатор, растягивающийся в восемь раз 28.03.2020

>> Вперед: Растения для очистки воздуха на космических станциях 27.03.2020

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Управление снами для решения важных задач 01.03.2026

Сны на протяжении веков привлекали внимание философов, психологов и ученых, вызывая вопросы о том, насколько они отражают нашу реальность и могут ли влиять на мышление. Новое исследование нейробиологов из Northwestern University показывает, что содержание человеческих сновидений можно частично направлять, а фаза быстрого сна (REM) играет ключевую роль в творческом мышлении и поиске нестандартных решений. В эксперименте ученые использовали метод целенаправленной реактивации памяти (TMR). Пока участники спали, им подавали звуки, ассоциированные с головоломками, предложенными им ранее. Сигналы включались только после подтверждения мозговой активности, указывающей на фазу быстрого сна. В результате 75% испытуемых сообщили о появлении во сне образов или идей, связанных с нерешенными задачами. При этом головоломки, "проникшие" в сновидения, решались значительно чаще: 42% против 17% у задач, которые не фигурировали во сне. Исследователи подчеркивают, что это не прямое доказательство тог ...>>

Новый томат с повышенным содержанием витамина A 28.02.2026

Проблема дефицита витамина A остается одной из глобальных задач здравоохранения, особенно в регионах с ограниченным доступом к разнообразной пище. Недавние достижения биотехнологий позволяют создавать продукты, способные существенно улучшить питание населения, и одним из таких примеров стал новый томат, обогащенный витамином A. Исследователи из Университета Флориды разработали сорта томатов с повышенным содержанием бета-каротина - вещества, которое организм преобразует в витамин A. Работа была выполнена Джингвеем Фу, Дениз Тиеман и Баллой Ратиноспати в Институте пищевых и аграрных наук UF/IFAS. Созданные помидоры отличаются существенно более высоким уровнем бета-каротина по сравнению с обычными сортами, а также с продуктами, традиционно богатыми этим соединением, такими как сладкий картофель и капуста. По словам профессора Ратинасабапати, регулярное употребление всего 50-100 граммов этих обогащенных томатов может покрыть суточную потребность человека в витамине A, что делает их п ...>>

Случайная новость из Архива Эффект памяти литий-ионных аккумуляторов 26.04.2013 Ученые из Института Пауля Шерера совместно с коллегами из Научно-исследовательских лабораторий Toyota в Японии обнаружили, что широко используемый тип литий-ионных аккумуляторов имеет эффект памяти. Это позволяет понять механизмы работы аккумуляторов и решить некоторые проблемы с их емкостью и долговечностью. Эффект памяти обычно связан с нарушением режима разрядки/зарядки аккумулятора: батарею начинают заряжать до ее полной разрядки, что приводит к недоступности части емкости батареи. Считалось, что этому "недугу" подвержены только NiCd и NiMH аккумуляторы, которые в особо тяжелых случаях теряют до 50% емкости. Оказывается, у литий-ионных аккумуляторов тоже может быть эффект памяти, и связан он все с теми же неполной зарядкой или разрядкой. В случае с литий-ионными аккумуляторами это приводит к невозможности точно определить уровень заряда и недоступности части его емкости. Эффект памяти и связанные с ним отклонения в рабочем напряжении аккумулятора уже подтверждены на примере литий фосфат железных (LiFePO4) батарей. Обычно у этих аккумуляторов напряжение остается практически неизменным в широком диапазоне заряда. Вроде бы это хорошо, но с другой стороны, даже небольшую аномалию в рабочем напряжении автоматика интерпретирует неправильно, например начинает "думать", что батарея заполнена на 90%, хотя на самом деле она заряжена только на 50%. Особенно заметен этот эффект памяти в электромобилях и гибридах. Во время торможения таких машин происходит зарядка батареи, а во время резких ускорений - быстрая разрядка. В результате многочисленных последовательных циклов частичной зарядки и разрядки, электроника "сходит с ума" и постепенно накапливает эффект памяти. В результате уровень заряда батареи оценивается неправильно, что затрудняет эксплуатацию машины и сокращает срок службы аккумулятора. В основе этого явления лежит химический процесс, который приводит к укрупнению зарядовых частиц на электродах и к колебаниям напряжения. Именно эти колебания создают ошибки в контроле за уровнем заряда. Получается, что современные датчики уровня заряда, которые измеряют напряжение, часто ошибаются и требуют замены на боле "умную" технологию.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026