Учёные из Беркли разработали «искусственный лес», который конвертирует солнечную энергию в химическое топливо.

Благодаря процессу, который имитирует фотосинтез, этот искусственный лес поглощает свет и использует его для создания водорода и кислорода – двух газов, которые могут питать топливные элементы.

«Чтобы использовать расщепление воды под воздействием света в нашей системе, мы синтезировали дерево-подобные нанопроводниковые гетероструктуры, состоящие из кремниевых стволов и ветвей из оксида титана», рассказывает ведущий учёный проекта, химик из Лаборатории Беркли Пейдонг Янг. «Визуально, массивы этих наноструктур чрезвычайно похожи на искусственный лес».

Как и деревья в настоящем лесу, эти нанопроводники тесно сгруппированы, чтобы минимизировать отражение света и предоставить наибольшую площадь поверхности для течения реакции. Они также весьма близко имитируют естественный фотосинтез, в котором солнечный свет поглощается хлоропластами зелёных растений.

Когда растение поглощает свет, он запускает цепную реакцию электронов, которые движутся от одной молекулы к другой, помогая растению преобразовывать углекислый газ в сахара и кислород.

Это движение электронов называется «Z-схемой», поскольку паттерн их движения напоминает букву Z. Исследователи из Беркли позаимствовали эту схему для своего искусственного леса, но вместо того, чтобы полагаться для проведения реакции на пигмент в хлоропластах, они использовали полупроводники.

Одним из таких абсорбирующих свет полупроводников является кремний, который генерирует водород, другим – оксид титана, генерирующий кислород. Вместе, кислород и водород могут запасаться в топливных элементах и использоваться для получения возобновляемой энергии.

Прежние модели электронного фотосинтеза, включая искусственные листья, также успешно показали себя в производстве водорода и кислорода, но профессор Янг и его команда считают, что их наносистема более эффективна – и менее дорога – чем её предшественники.

На текущий момент искусственный лес работает с КПД преобразования света в топливо всего 0,12 процента, и этот показатель необходимо улучшить, если Янг и его команда хотят коммерциализировать свою разработку.

Однако Янг заявляет о своей уверенности, что с некоторыми усовершенствованиями учёные смогут «довести эффективность конвертации энергии системой до показателя с одной цифрой».