Nocera, Паттерсон, профессор Роквуда энергии в Гарвардском университете, и Памела Сильвер, профессор Эллиотта Т. и Они Х. Адамса Биохимии и Системной биологии в Медицинской школе Гарварда, совместно создали систему, которая использует солнечную энергию, чтобы разделить молекулы воды и едящие водород бактерии, чтобы произвести жидкие виды топлива.Бумага, среди ведущих авторов которой постдокторант Чун Лю и аспирант Брендан Колон, описана в работе 3 июня, опубликованной в Науке.«Это – истинная искусственная система фотосинтеза», сказал Носера. «Прежде, люди использовали искусственный фотосинтез для разделения воды, но это – истинное от A до Z система, и мы подходили по эффективности фотосинтеза по своей природе».
В то время как исследование показывает, что система может использоваться, чтобы произвести применимое топливо, ее потенциал не заканчивается там, сказало Серебро, кто также Основывающий Основной член Института Wyss в Гарвардском университете.«Красота биологии, это – самый великий химик в мире – биология может сделать химию, которую мы не можем сделать легко», сказала она. «В принципе у нас есть платформа, которая может сделать любую нисходящую основанную на углероде молекулу.
Таким образом, у этого есть потенциал, чтобы быть невероятно универсальным».Названный «бионический лист 2.0», новая система основывается на предыдущей работе Nocera, Серебром и другими, которые – хотя это было способно к использованию солнечной энергии, чтобы сделать изопропиловый спирт – столкнулись со многими трудностями.
Руководитель среди тех проблем, Носера сказал, был тем, что катализатор раньше производил водород – сплав цинка молибдена никеля – также создал реактивные кислородные разновидности, молекулы, которые напали и разрушили ДНК бактерий. Избегать, чтобы проблема, исследователи были вынуждены управлять системой при аномально высоких напряжениях, приводящих к уменьшенной эффективности.«Для данной статьи мы проектировали новый катализатор сплава фосфора кобальта, который мы показали, не делает реактивные кислородные разновидности», сказал Носера. «Это позволило нам понижать напряжение и ведомый к значительному увеличению эффективности».Система может теперь преобразовать солнечную энергию в биомассу с 10-процентной эффективностью, Носера сказал, далеко выше одного процента, замеченного на наиболее быстро растущих заводах.
В дополнение к увеличению эффективности Nocera и коллеги смогли расширить портфель системы, чтобы включать изобутанол и isopentanol. Исследователи также использовали систему, чтобы создать PHB, предшественника биопластика, процесс, сначала продемонстрированный преподавателем MIT Энтони Сински.
Новый катализатор также шел с другим преимуществом – его химический дизайн позволяет ему «самозаживать» – значение, что это не было бы материал пиявки в решение.«Это – гений Дэна», сказало Серебро. «Эти катализаторы полностью биологически совместимы».Хотя может все же быть комната для дополнительных увеличений эффективности, Носера сказал, что система уже достаточно эффективная, чтобы рассмотреть возможное коммерческое применение, но в рамках различной модели для технологического перевода.«Это – важное открытие – это говорит, что мы можем добиться большего успеха, чем фотосинтез», сказал Носера. «Но я также хочу принести эту технологию развивающимся странам также».
Работая вместе с Первой программой на 100 ватт в Гарварде, который помог финансировать исследование, Носера надеется продолжить разрабатывать технологию и ее применения в странах как Индия с помощью их ученых.Во многих отношениях Носера сказал, новая система отмечает выполнение обещания его «искусственного листа» – который использовал солнечную энергию разделить воду и сделать водородное топливо.
«Если Вы думаете об этом, фотосинтез удивителен», сказал он. «Это берет солнечный свет, воду и воздух – и затем посмотрите на дерево. Это точно, что мы сделали, но мы делаем это значительно лучше, потому что мы превращаем всю эту энергию в топливо».