Ученые из Марфина изобрели вечный двигатель из… шпината

Специалисты приблизились к созданию экологически чистого бесконечного двигателя будущего

Институту физиологии растений имени К.А.Тимирязева РАН на Ботанической улице в этом году исполнилось 128 лет. Как видно из названия, все эти годы его сотрудники исследуют физиологические процессы у растений. Но в последние годы они замахнулись на грандиозную задачу: научиться у растений получать энергию из солнечного света.

Но есть ведь солнечные батареи?

Солнце давно пытаются поставить на службу человеку. Но вот проблема: для производства самих кремниевых солнечных батарей требуется много энергии. А для этого надо… сжигать нефть или газ. Ну просто замкнутый круг!

И тут ученые вспомнили о растениях. Они-то преобразовывают солнечный свет в энергию без всякой нефти. Как все помнят еще со школы, этот процесс называется фотосинтезом.

— Причем эффективность фотосинтеза растения в несколько раз выше, чем при работе солнечной батареи, — говорит заведующий лабораторией управляемого фотобиосинтеза института Сулейман Аллахвердиев.

Так может, нам надо поучиться у растений добывать энергию из солнечного света?

Сымитировать фотосинтез

Аспирант лаборатории биофизик Роман Волошин рассказал о сути исследований. В растении специальные фотосистемы поглощают свет. Он в свою очередь активирует перенос электронов с молекулы воды через целую транспортную цепочку на конечную молекулу. Сокращенно она называется НАДФ, и она необходима растениям для синтеза сахаров из углекислого газа, который они получают из атмосферы.

И вот тут важный момент: при высвобождении электрона вода расщепляется на кислород и ионы водорода.

Эти ионы при наличии эффективного катализатора могут быть легко объединены в молекулярный водород. Но молекулярный водород — идеальное топливо. При сгорании он образует… опять воду! Круговорот воды в природе. Вот что имели в виду ученые, когда говорили про «вечно возобновляемые чистые источники энергии». И вот о чем грезил Жюль Верн, когда говорил, что вода — уголь будущего!

…Но вы снова скажете: так ведь водород и так уже получают. Ага, из природного газа, то есть опять же с использованием обычной электроэнергии. Нет уж, наши ученые пошли другим путем.

Все дело в катализаторе

Исследовав «пищеварение» растений, ученые пришли к выводу, что водород из воды вполне можно добывать с помощью одного только света, но для этого в числе прочего придется создать искусственный преобразователь и фотокатализатор. Или все-таки не совсем искусственный?

Роман Волошин сосредоточился на создании полуискусственных солнечных батарей. В их основе лежит вовсе не кремний. Фотосистемы, в которых при поглощении света активизируется перенос электронов, он выделяет из… шпината!

Почему шпинат?

— В нем очень большая концентрация хлорофилла, — поясняет Роман.

Полученный комплекс закрепляют на подложке из диоксида титана.

— Диоксид титана используется потому, что он совместим с белковыми молекулами, — объясняет он.

Сегодня наши ученые уже добились того, что выделенный из шпината пигмент — белковый комплекс на пористой подложке из диоксида титана — дает ток. Чтобы белки не разрушались, придумали добавлять стабилизирующие молекулы. К сожалению, пока система долго не живет.

И все-таки серьезный шаг к получению энергии исключительно из солнечного излучения сделан. Ученые не сомневаются: это перевернет всю мировую экономику и в будущем системы, имитирующие фотосинтетический аппарат растений, будут использоваться повсеместно. А значит, сбудется предсказание Жюля Верна о том, что «воду когда-нибудь будут употреблять как топливо, водород и кислород в ее составе будут использованы вместе или поодиночке и явятся неисчерпаемым источником света и тепла, значительно более интенсивным, чем уголь».

Фото предоставлены лабораторией управляемого фотобиосинтеза Института физиологии растений РАН