Das künstliche System übertraf das natürliche Blatt hinsichtlich der Effizienz der Photosynthese

Zum ersten Mal konnten Wissenschaftler die chemische Elektrolyse effektiv mit der Aktivität von Bakterien kombinieren. Das System produziert Alkohol und andere Substanzen buchstäblich "aus der Luft".

Forscher der Harvard University haben ein bionisches System entwickelt, das Sonnenenergie in chemischer Form unter Verwendung eines Hybridmechanismus aus anorganischen Materialien und lebenden Mikroorganismen umwandelt und speichert. Ein solches Schema hilft, zwei Probleme gleichzeitig zu lösen: 1) die Erhaltung der Sonnenenergie, die bei Tageslicht im Übermaß erzeugt wird und abends nicht ausreicht; 2) Beseitigung von überschüssigem CO ₂ aus der Atmosphäre.

Die neue Erfindung übertrifft die Wirksamkeit aller bestehenden ähnlichen Entwicklungen und übertrifft sogar die Photosynthese in der Natur. Wissenschaftliche Artikel veröffentlicht 3. Juni in der Zeitschrift Wissenschaft (doi: 10.1126 / science.aaf5039).

"Ich denke, das ist eine ziemlich aufregende Studie", kommentierte Johannes Lischner vom Imperial College London die Arbeit der Kollegen. „Die Umwandlung von Sonnenlicht in chemische Hochleistungsbrennstoffe ist ein bisschen wie der Heilige Gral für erneuerbare Energien.“

Das bionische System ist ein Gefäß mit zwei Elektroden, Wasser und einer Bakterienkolonie Ralstonia eutropha . Ein elektrischer Strom wird durch die Elektroden geleitet und zersetzt Wassermoleküle, wobei Wasserstoffgas freigesetzt wird.



Der resultierende Wasserstoff könnte bereits als Kraftstoff verwendet werden, aber die Wissenschaftler beschlossen, das System zu komplizieren, um es effizienter zu machen. Im nächsten Schritt wird das Bakterium Ralstonia eutrophadie von Wasserstoff und CO ₂ aus der Atmosphäre gespeist werden . Dank dieser Nährstoffe wächst die Bakterienkolonie aktiv an Größe. Unter den Abfallprodukten von Mikroorganismen befinden sich verschiedene nützliche Chemikalien. Wissenschaftler experimentierten mit genetischen Veränderungen und entwickelten Bakterien, die verschiedene Arten von Alkohol (C ₃ und C ₄ + C ₅ in den Diagrammen) und plastische Vorläufer (PHB in den Diagrammen) produzierten.



Wissenschaftler haben jahrzehntelang versucht, Bakterien auf Elektroden zu züchten, um sie an der chemischen Reaktionskette zu beteiligen. Dabei traten jedoch ständig verschiedene Probleme auf, die die Schaffung eines wirklich wirksamen Systems verhinderten.

Das Hauptproblem ist das Auswaschen von Schwermetallen aus den Elektroden sowie das Auftreten von Sauerstoff in aktiver Form. Beide Prozesse beeinträchtigen das Leben glücklicher, gesunder Bakterien. Eine wichtige Entdeckung der Harvard-Chemiker war die Verwendung eines Elektrolysesystems mit einer Kathode und Anode auf Kobaltbasis. Im Wesentlichen erzeugen Kathode und Anode einen synergistischen Effekt, der ein selbstheilendes System darstellt . Wenn einer abgebaut wird, versorgt der zweite ihn mit Substanzen und umgekehrt.

Laut unabhängigen Experten, die nicht mit dieser Studie verwandt sind, ist die wissenschaftliche Arbeit wirklich revolutionär. Zum ersten Mal in der Geschichte konnten Wissenschaftler chemische Elektrolyse mit der Aktivität von Bakterien mit hoher Energieumwandlung und Energieeinsparung kombinieren. In diese Richtung wird seit den 1960er Jahren gearbeitet.



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In Zukunft könnte die Technologie eine sehr breite Anwendung finden. Es ist sehr wichtig, dass die Bakterien gentechnisch verändert sind und nicht nur zur Herstellung von Alkohol, sondern auch von anderen Materialien geeignet sind. All dies kann in unbegrenzten Mengen buchstäblich aus Luft und Sonnenlicht gewonnen werden, wie Brendan Colón, einer der Autoren der wissenschaftlichen Arbeit , in einem wissenschaftlichen Podcast sagte .

Das System löst das Problem der Speicherung des erzeugten Stroms, hilft aber auch dabei, das überschüssige CO ₂ , das die Menschheit in die Atmosphäre abgibt und das jährlich Millionen Tonnen Kohlenwasserstoffe verbrennt, zu nutzen.