Искусственный фотосинтез может одновременно решить две проблемы — преобразовывать углекислый газ из атмосферы, то есть бороться с глобальным потеплением, а также получать из воды водород, а затем использовать его как топливо. Разработан новый способ преобразования солнечного света и углекислого газа в органические вещества: электрический ток от солнечных батарей катализирует превращение CO2 в ацетат с намного более высокой эффективностью, чем естественные системы фотосинтеза. Ключевые слова: альтернативные виды энергии, биоводород, биофотолиз, искусственный фотосинтез, солнечные ячейки. Полные тексты статей выпуска доступны в ознакомительном режиме только авторизованным пользователям.
Китайские исследователи обещают миру искусственный фотосинтез
Благодаря этой особенности специалисты предлагают создавать специальные сенсоры, которые будут сообщать о необходимости проветрить помещение, если концентрация СО2 стала слишком высокой. Авторы проекта уверены, что это очень важный момент, потому что слишком высокое содержание углекислого газа в воздухе помещения приводит к сонливости и усталости человека. Кроме того, данные датчики можно будет задействовать в фермерских хозяйствах — их можно устанавливать в теплицах и они будут сигнализировать о снижении уровня углекислого газа, что чаще всего замедляет рост растений. Материалы по теме:.
Однако это оказалось не так легко. Направленный мутагенез отдельных аминокислотных остатков не привел к каким-либо заметным результатам. Также к нему применяли метод прямой эволюции ферментов: в нем методом внесения случайных мутаций создается огромная коллекция генных вариантов рубиско. Все это разнообразие применили на кишечной палочке — Escherichia coli. При использовании такого подхода исследователям удалось увеличить активность рубиско цианобактерий, отлично работающей в клетках кишечной палочки. Но аналогичный метод не работал с растениями. Кроме того, фермент собирается из деталей двух разных «производителей»: гены, кодирующие цепи рубиско, находятся не только в ядре клеток, но и в геноме хлоропластов, что усложняет манипуляции с ними.
Исследователям приходится работать сразу с двумя геномами, применяя разные техники генной модификации. Но на этом ученые не сдались. Они придумали новую идею: увеличить количество рубиско, так как листья растений буквально заполнены им. Для этого авторы использовали ГМО-методы. Однако одной лишь сверхэкспрессии генов рубиско не хватало — для сборки фермента необходимо что-то еще. Подобные белки их называют шапероны , как правило, стабилизируют цепь собираемого белка во время сборки, давая ему время свернуться правильным образом. В этом и была проблема предыдущих работ: гены рубиско действительно активно синтезировали белковые «кирпичики» фермента, но нехватка шаперонов не позволяла собирать достаточное количество рубиско из полипептидных цепей-полуфабрикатов. Количество шаперонов тоже нужно было увеличивать. Из-за этого совсем не весь дополнительный фермент оказался вовлечен в процесс фотосинтеза.
Достичь успеха получилось благодаря облучению ионами ксенона фторированного графена, с удалением фтора и последующим созданием квантовых точек в изоляторе. Сгодится и для изготовления умных этикеток для одежды. Они смогли установить стабильное в 100 раз выше предыдущих попыток соединение на расстоянии 2,4 км. Фото: newatlas. Почему это важно: разработка получит широкое применение в строительстве, авиа- и автомобилестроении и электронике, сделав закаленные стекла в смартфонах еще крепче. В 50-х года прошлого века там же был обнаружен «кестерит», без которого сегодня не обходится ни одна солнечная панель. Однако запасы горючих веществ не безграничны и негативно влияют на климат Земли, провоцируя глобальное потепление. Как быть? Возобновляемые источники энергии — это хорошо, а еще лучше освоить процесс фотосинтеза. Почему это важно: технология позволит охлаждать квантовые компьютеры и простые полупроводники, используемые в электронике.
Даже если это только очередная научная гипотеза, все равно это похвально. Если мы освоим фотосинтез, мы сможем создавать практически любую органику на уровне растений. Это и корм для животных, и материалы для создания пищевых производств для человека». Ученые из университета Гонконга утверждают, что их технология искусственного фотосинтеза в разы эффективнее природного фотосинтеза. Но переключаться на искусственное усиленное производство биомассы на Земле вряд ли есть смысл.
Китайские исследователи обещают миру искусственный фотосинтез
Мировые учёные пришли к выводу, что искусственный фотосинтез сможет замедлить темпы глобального потепления. Для применения новой технологии, которая, скорее всего, окажется более эффективной, чем естественные процессы, нужны большие инвестиции. Ученые разрабатывают искусственный фотосинтез, чтобы сделать более энергоэффективным производство продуктов питания на Земле, а однажды, возможно, и на Марсе, сообщает пресс-служба Калифорнийского университета в Риверсайде (США). Однако в отличие от природного фотосинтеза, который образует углеводы из воды и углекислого газа, новая технология способа производить этанол, метан и другие соединения. Фотосинтез – это процесс, без которого невозможна жизнь для всех зеленых растений. – Более эффективное использование пространства означает, что своего рода искусственный фотосинтез может быть использован для производства того же количества продуктов питания на значительно меньшем количестве гектаров. Новый рекорд эффективности искусственного фотосинтеза – 14% — вплотную приближает человечество к замене топлива на основе нефти и газа на водород, вырабатываемый при помощи фоторасщепителей воды.
В Китае создали систему для искусственного фотосинтеза
В отличие от обычного фотосинтеза, который производит углеводы из углекислого газа и воды, искусственный фотосинтез способен производить этанол, метан или другие виды топлива. Ученый обосновал энергетические и кинетические схемы переноса электрона при фотосинтезе. Он доказал, что в фотосинтезе происходит окисление воды и выделение кислорода с участием четырех атомов марганца. Исследователи из Университета Мичигана продемонстрировали устройство искусственного фотосинтеза, в 10 раз более эффективное и в сто раз меньшее по размеру, чем предыдущие устройства подобного рода. Искусственный фотосинтез (воссозданный в лаборатории естественный процесс) может производить этиленовый газ при помощи солнечного света, углекислого газа и воды. Но искусственный фотосинтез все-таки вполне эффективен в качестве инструмента для связывания атмосферного углерода, и при этом дает стабильный поток заряженных частиц (протонов и электронов).
Союз листа и металла: искусственный фотосинтез
Искусственный фотосинтез — процесс создания глюкозы из воды и углекислого газа — проходит в две стадии: светозависимую и светонезависимую. На первой стадии происходит каталитическая реакция разделения воды на кислород и водород. Именно она больше всего интересует исследователей: промышленная технология, копирующая природную реакцию, помогла бы сделать существенно доступнее и дешевле водород, не тратя огромную энергию на его производство. Водородные двигатели в этом случае стали бы экономически оправданны, а водородная энергетика подлинно «чистой» сейчас производство и хранение 1 л сжиженного водорода требует больше энергии, чем этот 1 л может дать.
Растения в процессе естественного фотосинтеза поглощают свет и углекислый газ и очищают воздух от парниковых газов. Площадь этих структур равна площади одного дерева, при этом они удаляют столько же двуокиси углерода, сколько 100 деревьев. Панели можно устанавливать прямо на поверхности домов. Ученые Кембриджского университета создали прототип так называемых «фотолистов», работающих за счет искусственного фотосинтеза. Устройство использует CO2, воду и солнечный свет для производства кислорода и муравьиной кислоты, которая может быть использована напрямую или преобразована в водород. Взаимодействие и окисление в «фотолисте» происходят, когда солнечный свет попадает на лист в воде, при этом катализатор создан на основе кобальта.
Лист полностью автономный и практически не производит никаких побочных продуктов. Размер прототипа — всего 20 квадратных сантиметров, однако изобретатели готовы масштабировать его и уверяют, что смогут обойтись при этом без огромных затрат. Листы можно производить примерно в тех же масштабах, в которых сейчас выпускаются солнечные панели. Топливо из солнечного света Ученые из Национальной лаборатории в Беркли в США разработали систему искусственного фотосинтеза из наноразмерных трубок для получения топлива. Энергия солнечного света расщепляет молекулы воды, образуя свободные протоны и кислород. Протоны объединяются с диоксидом углерода и образуют монооксид углерода, то есть топливо. При этом система имитирует живые фотосинтетические клетки внутри хлоропласта.
Такие датчики могут сообщить, когда нужно проветрить помещение, чтобы снизить концентрацию СО2. Это важно, так как превышение доли углекислого газа в воздухе приводит к состоянию усталости и сонливости у людей. В фермерских хозяйствах такие сенсоры пригодятся для установки в теплицах. Здесь они, наоборот, будут сигнализировать об уменьшении углекислого газа, так как его нехватка в воздухе замедляет рост растений.
А также спровоцировать головные боли. Пилларены — это циклические молекулы, которые по форме напоминают трубки. В них можно поместить более мелкие молекулы. В том числе такие «трубки» с ионами меди эффективно поглощают молекулы СО2 и способствуют его химическому восстановлению. Так происходит искусственный фотосинтез, — рассказал «Известиям» руководитель исследования, доцент кафедры органической и медицинской химии Химического института имени А. Бутлерова Казанского федерального университета Дмитрий Шурпик. Он пояснил, что в живой природе фотосинтез можно условно разделить на три стадии. На первом этапе происходит поглощение растением через листья и стебли углекислого газа из воздуха. На втором — углерод, выделенный из этого газа, задействуется для создания органических соединений, которые растения используют для своего роста и развития. Третий этап заключается в удалении побочных продуктов в атмосферу. Один из «отходов» фотосинтеза — это кислород, который люди и животные используют для дыхания. В том числе было показано, что частицы меди в составе полученного нами молекулярного комплекса способствуют восстановлению углерода до простейших углеводородов. Таких, как угарный газ и метан.
Искусственный или ускоренный фотосинтез: как можно улучшить важнейшую реакцию биосферы
Department of Energy , объединяет химию полупроводников с биотехнологией. Состоя из полупроводниковых нанопроволок и бактерий, она, подобно растениям, в которых проходит природный процесс фотосинтеза, обеспечивает производство углеводородов за счет солнечной энергии. Статья об этом Nanowire-bacteria hybrids for unassisted solar carbon dioxide fixation to value-added chemicals — ВМ опубликована в журнале Nano Letters группой авторов под руководством известного химика-нанотехнолога Пэйдун Яна Peidong Yang из отдела материаловедения при Лаборатории Беркли и Института Кавли по наноисследованиям в энергетике Kavli Energy NanoSciences Institute. Сочетание набора биосовместимых светопоглощающих нанопроволок с определенной популяцией бактерий позволит извлечь двойную выгоду для окружающей среды, поскольку предполагает химическое производство различных соединений без использования токсичных веществ, но с солнечным светом в качестве источника энергии, наряду с сокращением выбросов углекислого газа в атмосферу.
Произошла ошибка при отправке вашей заявки, попробуйте отправить заново Ученые из Гонконга создали искусственную систему фотосинтеза, которая превращает углекислый газ в воде в метан за счёт солнечного света. При этом изобретение позволяет использовать искусственный фотосинтез в три раза эффективнее, чем природный.
При этом новая субстанция обладает рядом необычных свойств. В частности, она светится под действием ультрафиолета и тускнеет, когда улавливает молекулы углекислоты. Таким образом, вещество может сигнализировать о высоком содержании этого газа в окружающей среде. К примеру, датчики, сделанные с использованием нового вещества, смогут подсказать, когда нужно открыть окно и проветрить помещение, чтобы снизить концентрацию углекислого газа в воздухе. При этом доказано, что превышение этого параметра может вызвать у людей состояние усталости, сонливости и рассеяния внимания. А также спровоцировать головные боли. Пилларены — это циклические молекулы, которые по форме напоминают трубки. В них можно поместить более мелкие молекулы. В том числе такие «трубки» с ионами меди эффективно поглощают молекулы СО2 и способствуют его химическому восстановлению. Так происходит искусственный фотосинтез, — рассказал «Известиям» руководитель исследования, доцент кафедры органической и медицинской химии Химического института имени А. Бутлерова Казанского федерального университета Дмитрий Шурпик. Он пояснил, что в живой природе фотосинтез можно условно разделить на три стадии. На первом этапе происходит поглощение растением через листья и стебли углекислого газа из воздуха.
Сингапурские ученые создали заменитель пальмового масла из водорослей. Изобретение оказалось менее вредным для здоровья человека. Помидоры не переживут глобального потепления. Международная группа ученых прогнозирует, что к 2050 году урожайность томата катастрофически упадет.
Ученые научились очищать воздух с помощью искусственного фотосинтеза
В науке новые наночастицы будут служить основой для получения систем искусственного фотосинтеза нового поколения. Такие системы смогут производить кислород в качестве побочного продукта. Искусственный фотосинтез Ученые из Казанского федерального университета создали вещество, которое способно имитировать процесс естественного фотосинтеза. А именно — улавливать углекислый газ, как это делают растения и деревья. При этом новая субстанция обладает рядом необычных свойств. В частности, она светится под действием ультрафиолета и тускнеет, когда улавливает молекулы углекислоты. Таким образом, вещество может сигнализировать о высоком содержании этого газа в окружающей среде. К примеру, датчики, сделанные с использованием нового вещества, смогут подсказать, когда нужно открыть окно и проветрить помещение, чтобы снизить концентрацию углекислого газа в воздухе.
При этом доказано, что превышение этого параметра может вызвать у людей состояние усталости, сонливости и рассеяния внимания.
На русском материал приводит интернет-портал BFM. Естественный фотосинтез происходит при работе хлоропластов у растений. В результате процесса, солнечный свет и углекислый газ преобразуются в органические соединения. Ученым удалось построить систему, искусственно воспроизводящую работу данных органелл. Научное открытие — это еще не практическая реализация.
Авторы работали с анаэробной бактерией Sporomusa ovata, которая легко акцептирует электроны из окружающей среды и использует их в реакциях восстановления углекислого газа до эфира уксусной кислоты, который является промежуточным соединением в производстве разнообразных полезных химических соединений. После того как S. Марина Аствацатурян.
Для выработки фотосинтеза учёные взяли за образец пурпурные бактерии, которые обитают в пресных или солёных водоёмах. Их искусственная система успешно имитирует структуру клеток, содержащих пигмент, который эффективно передает энергию Солнца.
Химики создали систему «искусственного фотосинтеза» для производства биотоплива
Китайские ученые из Гонконга и Шанхая презентовали систему имитации природных хлоропластов, представляющих основу фотосинтеза. Хлоропласты используют хлорофилл для превращения солнечного света в фотосинтез. Группа ученых из Университета Центральной Флориды и Университета штата Флорида создали новый материал, который под действием видимого света за счет искусственного фотосинтеза перерабатывает углекислый газ в органические вещества. Искусственный фотосинтез все-таки вполне эффективен в качестве инструмента для связывания атмосферного углерода и при этом дает стабильный поток заряженных частиц (протонов и электронов). – Более эффективное использование пространства означает, что своего рода искусственный фотосинтез может быть использован для производства того же количества продуктов питания на значительно меньшем количестве гектаров. Пилларены — это циклические молекулы в форме трубок, в которых можно разместить более мелкие молекулы. В том числе «трубки» поглощают СО2 и способствуют его химическому восстановлению. Так происходит искусственный фотосинтез», — пояснил Шурпик.
Вестник РАН, 2023, T. 93, № 9, стр. 895-904
Батарея аккумулирует избыточную солнечную энергию, собранную днем, для питания устройства ночью или при слабом освещении. Таким образом, процесс становится непрерывным. Ученые из Сингапурского университета решили углубить исследование своего устройства: в планах использование аналогичных систем для производства жидкого топлива вроде спиртов этанола и пропанола. Этилен как топливо в мировом масштабе В 2015 году во всем мире было произведено более 170 млн т этилена — строительного блока полиэтилена.
Активность каждого MOZ проверяли по количеству продуктов реакции — угарного газа и метана. MOZ-1 продемонстрировал семикратное увеличение эффективности по сравнению с простой смесью MOF и пигментов с атомами железа. Авторы изучили механизмы, которые играют важную роль в эффективности искусственных ферментов, и выяснили, что одним из важных факторов является стабильность водородной связи между углекислым газом и аминокислотами аспарагин и глутамин.
Аноксигенный Аноксигенный или бескислородный фотосинтез протекает без выделения кислорода. К аноксигенному фотосинтезу способны пурпурные и зеленые бактерии, а также гелиобактерии. Оксигенный Оксигенный, или кислородный фотосинтез сопровождается выделением кислорода в качестве побочного продукта. При оксигенном фотосинтезе осуществляется нециклический электронный транспорт, хотя при определенных физиологических условиях осуществляется исключительно циклический электронный транспорт. В качестве донора электронов при нециклическом потоке используется крайне слабый донор электронов — вода. Проблема голода в сельском хозяйстве Население Земли, несмотря на второй демографический переход, постоянно растет. Если бы мы могли по своему желанию увеличивать плодородность соразмерно росту населения, большой проблемы бы не было.
Однако сегодня человек освоил где-то треть пригодных для сельского хозяйства земель. Практически все пригодные для этого территории Южной Азии, на Ближнем Востоке и Северной Америке уже распаханы , а освоение оставшихся районов грозит нам эрозией. Место на планете может просто закончиться, поэтому нужно находить новые способы увеличивать производство продуктов. Это ранее уже удавалось сделать. Последний раз это произошло благодаря « зеленой революции » 50-70-х годов прошлого века. Тогда выведение новых высокоурожайных сортов злаков, внедрение пестицидов и продвинутых систем ирригации позволило резко — почти в два раза — увеличить урожайность. Как ускорить фотосинтез Краеугольный камень этой проблемы — рубиско, фермент, о котором мы уже говорили. Однако это оказалось не так легко. Направленный мутагенез отдельных аминокислотных остатков не привел к каким-либо заметным результатам.
Количество получаемой при этом аминокислоты оказалось очень высоким. Выше, чем у растения, используемого в качестве кормовой культуры для животных. Помимо повышения урожайности сельскохозяйственных культур, удастся экономичнее использовать пространство, где они растут. Поле, где применят искусственный фотосинтез, прокормит больше животных, чем такое же по размеру, но без него. Табачок врозь При помощи методов генной инженерии группе ученых из Huazhong Agricultural University удалось обойти ограничения ферментной системы фотосинтеза растений, а если точнее — фермента Rubisco. Для этого исследователи внедрили в геном табака последовательности из бактериальной ДНК. Полученные таким образом генно-модифицированные растения отлично справлялись с фотосинтезом в условиях повышенной концентрации углекислого газа.
Искусственный фотосинтез против голода и парниковых газов
это химический процесс что биомимика естественный процесс фотосинтеза для преобразования солнечного света, воды и двуокиси углерода в углеводы и кислород. Используя и имитируя первичные процессы фотосинтеза, можно научиться эффективно и экологично использовать солнечную энергию. Природный фотосинтез можно направить в русло производства биотоплива, в том числе водорода. Для выработки своей системы искусственного фотосинтеза гонконгские ученые совместно с их шанхайскими коллегами взяли за образец так называемые пурпурные бактерии, которые способны к фотосинтезу и живут в пресных или соленых водоемах. Ученые из Мюнхенского технического университета (TUM) создали метод синтетического производства пищевого белка с использованием искусственного фотосинтеза. Пилларены — это циклические молекулы в форме трубок, в которых можно разместить более мелкие молекулы. В том числе «трубки» поглощают СО2 и способствуют его химическому восстановлению. Так происходит искусственный фотосинтез», — пояснил Шурпик.
Физики применили квантовую симуляцию для расшифровки механизмов фотосинтеза
Однако в отличие от природного фотосинтеза, который образует углеводы из воды и углекислого газа, новая технология способа производить этанол, метан и другие соединения. Ключевые слова: альтернативные виды энергии, биоводород, биофотолиз, искусственный фотосинтез, солнечные ячейки. Полные тексты статей выпуска доступны в ознакомительном режиме только авторизованным пользователям. В отличие от обычного фотосинтеза, который производит углеводы из углекислого газа и воды, искусственный фотосинтез способен производить этанол, метан или другие виды топлива.