/Поглед.инфо/ Учените се доближиха до възпроизвеждането на фотосинтезата, механизъм, изобретен от природата за получаване на енергия, най-важният химичен процес за живота на Земята. В тази насока изследванията се провеждат активно и в Русия.
Сложна схема
Растенията, цианобактериите и археите използват енергията на слънцето, за да абсорбират въглероден диоксид от въздуха. След това от CO2 и вода те синтезират органични вещества. Кислородът се произвежда като страничен продукт - целият O2 в земната атмосфера се създава по този начин.
Експертите внимателно изучават този процес. Една от задачите е изграждането на електроцентрали, които имитират работата на естествената система. Но е доста трудно да се възпроизведе фотосинтезата и науката все още не е в състояние да овладее толкова ефективно слънчевата енергия.
При висшите растения и цианобактериите квант светлина се абсорбира от пигмента хлорофил, от чиято молекула се откъсва електрон и се движи по т. нар. електронтранспортна верига. Стартира се сложна верига, която в крайна сметка създава енергия за фиксиране на CO2.
За да се създадат ефективни енергийни устройства, е необходимо електронът, "откъснат" в резултат на взаимодействието на фотон и хлорофил, да не се губи в дълбините на "транспортната система", а веднага да стигне до приемника на енергийното устройство. И наскоро международен екип от учени, ръководен от експерти от университета в Кеймбридж, заяви, че е по-близо до тази цел.
Овладяна системата
Откритието е направено случайно. Химикът Джени Джанг и нейните колеги искали да разберат как молекулите, известни като хинони, "крадат" електроните, освободени от хлорофила, когато са изложени на светлина. Учените са изследвали културата на цианобактериите с помощта на ултрабърза спектроскопия, която позволява проследяване на потока на енергия в живите фотосинтезиращи клетки в фемтосекундна скала - десет на петнадесета степен от секундата.
Неочаквано се оказало, че протеиновото скеле, където протичат първоначалните химични реакции на фотосинтезата, има „дупки“. Чрез тях електроните напускат, а хиноните ги приемат. Според учените подобно изтичане помага на растенията да се предпазят от щети, ако излъчването е твърде интензивно, за да може системата да го "смели".
"Много учени са се опитвали да извлекат електрони на по-ранен етап от фотосинтезата. Но досега това се смяташе за невъзможно, тъй като енергията е твърде дълбоко вградена в протеиновата рамка", казва Джан. "Фактът, че успяхме да "откраднем" електрони на ранен етап е невероятно“.
Екипът от учени се надява, че в бъдеще с помощта на подобен "хак" на фотосинтезата е възможно да се ускори създаването на възобновяеми енергийни източници. Но това изисква повече изследвания.
Ръководителят на лабораторията за контролирана фотобиосинтеза на Института по физиология на растенията „Тимирязев“ на РАН Сюлейман Аллахвердиев смята работата за значително постижение.
"Важно е обаче да се повторят резултатите, като се използват не само цианобактерии, но и други системи. В същото време е необходимо да се оцени квантовият добив на този много прост модел, който симулира началния етап на пренос на електрони, и неговата устойчивост при променящи се външни условия“, отбеляза руският учен.
„И двата процеса са безплатни“
Лабораторията на Аллахвердиев активно изучава възможността за използване на системи, базирани на фотосинтеза, в енергетиката. Едно от направленията на работа е подготовката на научна база за създаване на устройства за производство на водород.
"Енергията за този процес ще се доставя от слънцето, а електроните и протоните ще се доставят чрез фотосинтетично разделяне на водата при кислородна фотосинтеза. И двата процеса са безплатни, оптимизирани са естествено милиони години", обяснява специалистът .
Освен това руските учени търсят нови методи за използване на слънчевата енергия, които ще сведат до минимум използването на редки и тежки метали в различни процеси на фотокатализа. Това, освен всичко друго, ще помогне за решаването на проблема с пренасищането на атмосферата с парникови газове.
Според Аллахвердиев е трудно да се предвиди времето на появата на електроцентрали, базирани на фотосинтеза, но учените създават предпоставки за разрешаване на проблема.
„Ефективното използване на слънчевата енергия и водата, създаването на перспективни системи за изкуствена фотосинтеза и разработването на продуктивен катализатор за получаване на екологично чист молекулярен водород са области на изследване, от успеха на които зависи бъдещето на човечеството“, подчертава Аллахвердиев.
Според него, въпреки трудностите при създаването на такива системи, усилията за тяхното развитие трябва да продължат.
Превод: В. Сергеев
Абонирайте се за нашия Ютуб канал: https://www.youtube.com
и за канала ни в Телеграм: https://t.me/pogled
Влизайте директно в сайта www.pogled.info . Споделяйте в профилите си, с приятели, в групите и в страниците. По този начин ще преодолеем ограниченията, а хората ще могат да достигнат до алтернативната гледна точка за събитията!?