На Марсе или на Земле биогибрид может превратить углекислый газ в новые продукты
У химиков Калифорнийского университета, Беркли и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) есть план на этот счет.
Гибридная система объединяющая бактерии и нанопровода
Последние восемь лет ученые работают над гибридной системой, объединяющей бактерии и нанопровода, которые могут улавливать энергию солнечного света для преобразования углекислого газа и воды в строительные блоки для органических молекул. Нанопровода – это тонкие кремниевые провода, шириной с человеческий волос, используемые в качестве электронных компонентов, а также в качестве сенсоров и солнечных батарей.
Подписывайтесь на наш youtube канал!
«На Марсе около 96% атмосферы – это CO2. По сути, все, что вам нужно, это эти кремниевые полупроводниковые нанопровода, чтобы принимать солнечную энергию и передавать ее этим бактериям, которые сделают химию за вас», – сказал руководитель проекта Пейдонг Янг, профессор химии из Калифорнийского университета в Беркли. «Для полетов в дальний космос вы заботитесь о полезной нагрузке, а биологические системы имеют то преимущество, что они самовоспроизводятся»: Вам не нужно много посылать. Вот почему наш био-гибридный вариант очень привлекателен.»
Единственное другое требование, помимо солнечного света, – это вода, которая на Марсе относительно обильна в полярных ледяных шапках и, вероятно, лежит замерзшая под поверхностью на большей части планеты, говорит Янг.
На Марсе или на Земле биогибрид может превратить углекислый газ в новые продукты
Биогибрид также может вытягивать углекислый газ из воздуха Земли, чтобы создавать органические соединения и одновременно решать проблемы изменения климата, которые вызваны избытком CO2, образующегося в атмосфере в результате деятельности человека.
В новой статье, которая опубликована 31 марта в журнале Joule, исследователи сообщают о важной вехе в упаковке этих бактерий (Sporomusa ovata) в «лес нанопроволок» для достижения рекордной эффективности: 3,6% входящей солнечной энергии преобразуется и хранится в углеродных связях, в виде двух-углеродной молекулы, называемой ацетат: по сути, уксусная кислота, или уксус.
Молекулы ацетата могут служить в качестве строительных блоков для целого ряда органических молекул, от топлива и пластмасс до лекарств. Многие другие органические продукты могут быть изготовлены из ацетата внутри генно-инженерных организмов, таких как бактерии или дрожжи.
Система работает как фотосинтез, который растения естественным образом используют для преобразования углекислого газа и воды в углеродные соединения, в основном сахар и углеводы. Растения, однако, имеют довольно низкую эффективность, обычно преобразуя менее половины солнечной энергии в углеродные соединения. Система Янга сравнима с заводом, который лучше всего преобразует CO2 в сахар: сахарный тростник, который имеет эффективность на уровне 4-5%.
Янг также работает над системами для эффективного производства сахара и углеводов из солнечного света и CO2, которые потенциально являются пищей для колонистов Марса.
Когда пять лет назад Ян и его коллеги впервые продемонстрировали свой гибридный реактор с нанопроволочными бактериями, эффективность преобразования солнечной энергии была всего лишь около 0,4% по сравнению с растениями, но все еще низкая по сравнению с типичным КПД в 20% и более для кремниевых солнечных батарей, которые преобразуют свет в электричество. Янг был одним из первых, кто 15 лет назад превратил нанопровода в солнечные батареи.
«Эти кремниевые нанопровода по своей сути похожи на антенну: они захватывают солнечный фотон так же, как солнечная панель», – сказала Янг. «Внутри этих кремниевых нанопроволок фотоны будут генерировать электроны и передавать их бактериям». Затем бактерии поглощают CO2 и делают химический синтез ацетата».
Кислород является побочным продуктом и преимуществом и на Марсе, который может пополнить искусственную атмосферу колонистов, имитирующую 21% кислородной среды Земли.
Янг изменил систему другими способами, например, вставил квантовые точки в собственную мембрану бактерий, которые действуют как солнечные батареи, поглощая солнечный свет и избавляя от необходимости нанопровода кремния. Эти кибер-бактерии также производят уксусную кислоту.
Его лаборатория продолжает поиск путей повышения эффективности биогенного моста, а также изучает методы генной инженерии бактерий, чтобы сделать их более универсальными и способными вырабатывать различные органические соединения.
У химиков Калифорнийского университета, Беркли и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) есть план на этот счет.
Последние восемь лет ученые работают над гибридной системой, объединяющей бактерии и нанопровода, которые могут улавливать энергию солнечного света для преобразования углекислого газа и воды в строительные блоки для органических молекул. Нанопровода – это тонкие кремниевые провода, шириной с человеческий волос, используемые в качестве электронных компонентов, а также в качестве сенсоров и солнечных батарей.
«На Марсе около 96% атмосферы – это CO2. По сути, все, что вам нужно, это эти кремниевые полупроводниковые нанопровода, чтобы принимать солнечную энергию и передавать ее этим бактериям, которые сделают химию за вас», – сказал руководитель проекта Пейдонг Янг, профессор химии из Калифорнийского университета в Беркли. «Для полетов в дальний космос вы заботитесь о полезной нагрузке, а биологические системы имеют то преимущество, что они самовоспроизводятся»: Вам не нужно много посылать. Вот почему наш био-гибридный вариант очень привлекателен.»
Единственное другое требование, помимо солнечного света, – это вода, которая на Марсе относительно обильна в полярных ледяных шапках и, вероятно, лежит замерзшая под поверхностью на большей части планеты, говорит Янг.
Биогибрид также может вытягивать углекислый газ из воздуха Земли, чтобы создавать органические соединения и одновременно решать проблемы изменения климата, которые вызваны избытком CO2, образующегося в атмосфере в результате деятельности человека.
В новой статье, которая опубликована 31 марта в журнале Joule, исследователи сообщают о важной вехе в упаковке этих бактерий (Sporomusa ovata) в «лес нанопроволок» для достижения рекордной эффективности: 3,6% входящей солнечной энергии преобразуется и хранится в углеродных связях, в виде двух-углеродной молекулы, называемой ацетат: по сути, уксусная кислота, или уксус.
Молекулы ацетата могут служить в качестве строительных блоков для целого ряда органических молекул, от топлива и пластмасс до лекарств. Многие другие органические продукты могут быть изготовлены из ацетата внутри генно-инженерных организмов, таких как бактерии или дрожжи.
Система работает как фотосинтез, который растения естественным образом используют для преобразования углекислого газа и воды в углеродные соединения, в основном сахар и углеводы. Растения, однако, имеют довольно низкую эффективность, обычно преобразуя менее половины солнечной энергии в углеродные соединения. Система Янга сравнима с заводом, который лучше всего преобразует CO2 в сахар: сахарный тростник, который имеет эффективность на уровне 4-5%.
Янг также работает над системами для эффективного производства сахара и углеводов из солнечного света и CO2, которые потенциально являются пищей для колонистов Марса.
Когда пять лет назад Ян и его коллеги впервые продемонстрировали свой гибридный реактор с нанопроволочными бактериями, эффективность преобразования солнечной энергии была всего лишь около 0,4% по сравнению с растениями, но все еще низкая по сравнению с типичным КПД в 20% и более для кремниевых солнечных батарей, которые преобразуют свет в электричество. Янг был одним из первых, кто 15 лет назад превратил нанопровода в солнечные батареи.
«Эти кремниевые нанопровода по своей сути похожи на антенну: они захватывают солнечный фотон так же, как солнечная панель», – сказала Янг. «Внутри этих кремниевых нанопроволок фотоны будут генерировать электроны и передавать их бактериям». Затем бактерии поглощают CO2 и делают химический синтез ацетата».
Кислород является побочным продуктом и преимуществом и на Марсе, который может пополнить искусственную атмосферу колонистов, имитирующую 21% кислородной среды Земли.
Янг изменил систему другими способами, например, вставил квантовые точки в собственную мембрану бактерий, которые действуют как солнечные батареи, поглощая солнечный свет и избавляя от необходимости нанопровода кремния. Эти кибер-бактерии также производят уксусную кислоту.
Его лаборатория продолжает поиск путей повышения эффективности биогенного моста, а также изучает методы генной инженерии бактерий, чтобы сделать их более универсальными и способными вырабатывать различные органические соединения.
https://econet.ru/articles/na-marse-ili-na-zemle-biogibrid-mozhet-prevratit-uglekislyy-gaz-v-novye-produkty
03.04.2020