Растения являются величайшим союзником человечества в борьбе с изменением климата. Они впитывают углекислый газ и превращают его в листья и ветви. Чем больше деревьев высаживают люди, тем меньше остается в воздухе СО2, задерживающего тепло. К сожалению, растениям требуется так много воды и земли, что человеку впору искать нового союзника, способного выполнять схожие функции по очистке атмосферы.
Данные нового исследования группы немецких ученых гласят, что помочь может искусственный фотосинтез. Они отмечают, что в настоящее время данная технология стоит слишком дорого для практического применения, но все же призывают мир инвестировать в нее.
Почти как живые
Искусственный фотосинтез имитирует естественный процесс питания растений. Как и в натуральной схеме, технология использует углекислый газ и воду в качестве пищи, а солнечный свет – в качестве источника энергии. Но вместо того, чтобы пускать их в рост ветвей и листьев, они производят богатые углеродом продукты, например спирт. В этом процессе используется особый вид солнечных батарей, которые поглощают свет и передают электричество в емкость с растворенным в воде углекислым газом. Катализаторы стимулируют химическую реакцию, которая приводит к образованию кислорода и побочного продукта на основе углерода.
"Кислород высвобождается в воздух, как и у растений. Другой продукт можно собирать и хранить, например, в истощенных нефтяных месторождениях", – говорит Маттиас Май, физик из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца и один из авторов исследования, опубликованного в журнале Earth System Dynamics.
По его словам, искусственный фотосинтез на самом деле даже эффективнее естественного. "Разница заключается в том, что мы используем неорганические материалы, которые позволяют значительно повысить эффективность преобразования, – говорит Май. – Это прекрасно, поскольку, чем она выше, тем меньше воздействия на почву и воду". Ученые полагают, что данная технология могла бы прижиться в пустынях, где нет деревьев или ферм, улавливающих СО2.
По словам Мая, до сих пор ученые, занимающиеся искусственным фотосинтезом, в основном фокусировались на жидком топливе, получаемом при помощи солнечного света и углекислого газа, – так называемом солнечном топливе. Проблема заключается в том, что при его сжигании накопленный в нем газ возвращается в атмосферу.
Подход, предложенный Маем и его коллегами, предусматривает захоронение СО2 под землей. Так что вместо утилизации углекислый газ будет захораниваться, тем самым способствуя охлаждению планеты.
Дорого, но перспективно
Впрочем, на сегодняшний день такой подход к проблеме с вредными выбросами не является самым дешевым и эффективным методом ее решения.
"Сокращение выбросов всегда будет более дешевым и привлекательным способом, – сказал Май. – Но поскольку разработка технологий улавливания углерода (особенно в тех широких масштабах, которые нам, вероятно, потребуются) занимает десятилетия, а нам, возможно, придется приступать к их внедрению уже в 2030 году, мы должны обсудить и оценить имеющиеся варианты сейчас, а не потом".
Даже более скромные предложения по борьбе с климатическими изменениями предполагают удаление 10 гигатонн углекислого газа в год к 2050-му. Это примерно четверть от общего антропогенного загрязнения атмосферы в 2018-м, отмечает немецкий физик.
Достичь этих целей, полагаясь только на естественный фотосинтез, будет трудно, учитывая необходимое количество воды и земли. Искусственный аналог способен стать действенной альтернативой. По словам Мая, территория размером примерно с Гавайи, покрытая искусственными листьями, может улавливать столько же углекислого газа, сколько и вся Европа, изобилующая растениями.
Технологически задача заключается в разработке дешевых эффективных катализаторов и долговечных солнечных батарей. "Для этого потребуются длительные всемирные исследования, как в случае с термоядерной энергией, что, однако, не гарантирует достижения успеха в нужное время", – подчеркивает ученый. Кроме того, странам необходимо будет найти способ платить за это.
По словам Мая, искусственный фотосинтез – лишь одна из многих возможностей, и "пока трудно говорить, какие технологии окажутся наиболее жизнеспособными". Однако немецкий исследователь делает ставку на искусственный фотосинтез. Да, он может быть крайне дорогостоящим, но его потенциал огромен, полагает Май.
