«Лес» из нанопроволоки: учёные изобрели генератор кислорода и органических соединений для будущих покорителей Марса

Группа исследователей из США представила устройство на основе наноматериалов и бактерий, которое, подобно растениям, преобразует солнечный свет, углекислый газ и воду в органические соединения и кислород. Учёные уверены, что эта технология пригодится для колонизации других планет, в первую очередь Марса. Новые данные опубликованы в журнале Joule.

Когда человечество дойдёт до создания колоний за пределами Земли, поселенцам потребуется огромное количество материалов на основе органических соединений — от топлива до медикаментов. Доставлять всё необходимое с нашей планеты будет слишком дорого, поэтому актуальным станет налаживание производства на месте, уверены исследователи.

• Бактерии Sporomusa ovata живут в «лесу» из нанопроволоки 
• © UC Berkeley photo by Peidong Yang

Для решения этой проблемы в течение последних восьми лет коллектив учёных из Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли работал над созданием гибридной системы из бактерий Sporomusa ovata и наноматериала — проволоки из кремния, которая в сто раз тоньше человеческого волоса. Такое устройство поглощает энергию солнечного света и превращает атмосферный CO2 и воду в органические молекулы и кислород, отмечают специалисты.

«Атмосфера Марса примерно на 96% состоит из углекислого газа. По сути, требуются только кремниевые полупроводниковые нанопровода для приёма солнечной энергии и передачи её этим бактериям, чтобы они провели всю химическую работу за вас», — заявил руководитель проекта, профессор химфака Калифорнийского университета Ян Пэйдун.

«При подготовке космических полётов особое внимание уделяется весу полезной нагрузки, а плюс биологических систем в том, что они самовоспроизводятся, то есть их не требуется высылать в больших количествах. Именно поэтому наш биогибридный проект очень интересен», — добавил специалист.

Также учёные выразили уверенность, что разработанное устройство найдёт применение и на Земле. Его способность поглощать углекислый газ и производить кислород может оказаться полезной для решения проблемы повышенной концентрации углекислого газа в атмосфере.

Изобретение представляет собой густой «лес» из нанопроволоки, в котором живут полезные микроорганизмы. Причём группе исследователей удалось добиться высокой эффективности: 3,6% поступающей на устройство солнечной энергии преобразуется и связывается в углеродные соединения в виде ацетата — уксусной кислоты.

• Устройство для улавливания углекислого газа из воздуха и превращения его в полезные органические продукты. Слева находится камера, содержащая гибрид нанопроволок и бактерий. Справа — камера, где производится кислород
• © UC Berkeley photo by Peidong Yang

Полученное вещество может служить строительным материалом для целого ряда органических соединений: от топлива и пластмасс до лекарств. В основе химического превращения веществ в устройстве лежит процесс фотосинтеза.

В проведённом учёными эксперименте наноматериалы использовались только в качестве проводов, а не солнечных батарей. Энергия подавалась на устройство извне. В реальной системе, по задумке учёных, проволока сама будет поглощать свет и передавать электроны бактериям.

«Эти кремниевые провода по своей сути похожи на антенну: они улавливают солнечные фотоны так же, как и солнечная панель», — отметил профессор Ян Пэйдун.

Учёные отмечают, что другие генетически модифицированные бактерии или дрожжи могут преобразовывать вырабатываемый Sporomusa ovata ацетат в целый спектр органических продуктов.