Ученые смогут получать электричество из асфальта

Создание лесов в наномас­ш­табе - это предел мечтаний ученых, работающих в области поиска альтернативных источников энергии. Идея заключается в том, что, к примеру, поверхности тротуаров и автодорог могут быть заполнены молекулами пигмента, который собирает солнечный свет и преобразовывает его в «чистое» электричество или даже в топливо. Но прежде чем это сможет быть реализовано на практике, должны быть созданы системы искусственного фотосинтеза, функционирующие быстро и эффективно.

По словам экспертов, для кон­струирования столь универсальной системы для выработки энергии из солнечного света требуется своеобразная антенна, которая улавливает свет, и некий катализатор. Международная группа ученых под руководством профессора Лейденского университета (Нидерланды) Хууба де Гроота преуспела в разработке антенны.

Ученые исходили из того, что самые быстрые сборщики света присутствуют в природе: в зеленых листьях, морских водорослях и бактериях. Поэтому искусственный механизм должен подражать природному в малейших деталях. Известно, что быстрее всего свет улавливают хлоросомы - «антенны», состоящие из молекул хлорофилла. Преимущество хлоросом состоит в том, что они способны к сбору минимально доступных частиц света даже в очень неблагоприятных условиях, например под толщей морской воды.

Предпринятая попытка воссоздания этого механизма, соб­ственно, и стала первым шагом в преобразовании солнечного света в энергию при помощи «искусственных листьев». Для строительства эффективных светоулавливающих антенн в лабораторных условиях специалистами из Вюрцбургского университета (Германия), работающими в команде Хууба де Гроота, был использован хлорофилл, позаимствованный у морских водорослей. Они модифицировали хлорофилл сине-зеленой микроводоросли спирулины таким образом, что он стал напоминать собой бактериальные пигменты.

В свою очередь нидерландские ученые - сам де Гроот и еще одна представительница Лейденского университета Сванпа Ганапати - изучили структуру этих полу­синтетических световых антенн.

«Нанотехнология, а также сами надмолекулярные системы становятся все более важными, однако очень трудно определить их структуру. Приходилось создавать даже так называемые мультфильмы, которые способны дать хотя бы схематическую подсказку того, какой могла бы быть их структура», - отмечает Хууб де Гроот.

Оговоримся, что ранее методами ядерного магнитного резонанса в твердых телах и электронной микроскопии исследователи изучили структуру непосредственно самих бактерий, которые являются строительным материалом для светоулавливающих антенн в натуральных листьях. И вот теперь профессор и его коллега сумели определить детальную молекулярную и надмолекулярную структуру уже искусственных светоулавливающих антенн, используя комбинацию все того же ядерного магнитного резонанса в твердых телах и дифракции рент­геновского излучения. Это позво­лило им определить не только полную структуру антенн, но и глубоко проникнуть в выстроенные человеком молекулы.

«Ранее мы уже знали о том, что природные светоулавливающие антенны имеют структуру, напоминающую годичные слои у дерева. Оказалось, что молекулы в полусинтетических антеннах располагались другим способом и напоминали плоскость. Впрочем, для нас это не стало неожиданностью: структура полусинтетических антенн вписалась в один из четырех предполагавшихся нами вариантов», - отметил Хууб де Гроот.

И хотя полученные результаты уже являются прорывом на пути к преобразованию солнечного света в энергию с использованием «искусственных листьев», далее исследователям еще предстоит определить, насколько эффективно работают полусинтетические светоулавливающие антенны из измененного хлорофилла. Если вся проведенная работа увенчается успехом, разработка нидерландских ученых станет полностью новым подходом в использовании альтернативных источников энергии.