На Марсе или на Земле биогибрид может превратить углекислый газ в новые продукты

Если люди когда-нибудь надеются колонизировать Марс, поселенцам придется производить на планете огромный ассортимент органических соединений, от топлива до медикаментов, которые слишком дороги для транспортировки кораблями с Земли.

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.

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. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet