Cолнечная энергия в процессе фотосинтеза

Дата публикации: 21 сентября 2018

Солнечная энергия – это достаточно популярный в современном мире ресурс, который приноровились использовать многие люди, как в промышленных, так и в бытовых целях. Но для нас более привычно слышать о солнечных батареях, как об устройствах, имеющих в своей конструкции фотоэлементы, преобразующие солнечную энергию в электричество. В то время как солнечные батареи уже широко распространены в мире, идет разработка технологии использования солнечной энергии в процессе фотосинтеза. Ученые не прекращают попыток развить технологию искусственного фотосинтеза до уровня максимальной эффективности, которая присуща растениям.

Как можно использовать солнечную энергию в фотосинтезе?

использовать солнечную энергию в фотосинтезе

С каждым днем становится известно все больше о естественных процессах и фотосинтез – не исключение. Ученые выяснили, что в процессе фотосинтеза энергия солнечного света играет роль механизма, запускающего ряд химических реакций, которые помогают растениям высвободить энергию, необходимую им для жизнедеятельности.

По словам ученых из Джорджии, самая большая проблема в создании искусственных механизмов, имитирующих фотосинтез, заключается в том, что в естественном процессе фотосинтеза солнечный свет как источник энергии, проходя через мембрану, не возвращается. Но во всех механизмах, созданных человеком, он возвращается, и пока не удалось понять, почему. Из-за этого, механизмы искусственного фотосинтеза не так эффективны, как у растений, из-за чего их использование пока невозможно.

Что сделано для достижения успеха в области воссоздания процесса фотосинтеза искусственно?

воссоздания процесса фотосинтеза

  • Американским ученым удалось создать искусственно бактерию, которая в плане эффективности переработки солнечной энергии в 40 раз превосходит большую часть растений. Такого результата удалось добиться благодаря умению искусственной бактерии создавать нанокристаллические образования, которые схожи по принципу работы с солнечными панелями.
  • Сентябрь 2017 года был ознаменован открытием еще одной функции искусственного фотосинтеза: перерабатывать углерод в другие виды биотоплива. Так, сотрудники лаборатории в Беркли описали процесс, когда углерод был преобразован в этанол и этилен. Первый можно использовать в качестве топлива, а второй нужен в производстве полиэтиленовых упаковок.
  • Не оставляют без внимания так же и водород как экологически безвредное топливо. Таким образом, недавно был представлен проект, где искусственно созданный лист при помощи энергии Солнца воссоздал водород. А при условии наличия в воздухе значительной доли углекислого газа, КПД листа вырастал.

О самом процессе фотосинтеза

Использование солнечной энергии в фотосинтезе нужно для химической реакции, в которой неорганические вещества преобразуются в органические. Таким образом, для реакции преобразования нужен углекислый газ и вода. Первый поступает из воздуха, а вторая – из почвы. Под воздействием энергии фотонов эти вещества преобразуются в глюкозу (или другую органику) и кислород.

То, что в процессе фотосинтеза образуется не только кислород, но и органическое вещество очень важно, поскольку ни один другой организм не может сделать из неорганики органику. Фотосинтез, можно сказать, обеспечивает нас питательными веществами, без которых, как и без воздуха, мы бы долго не прожили.

Если вникать в процесс, то реакция фотосинтеза разделена на 2 фазы: световую и темновую. Для первой из них обязательно нужен свет, а вторая протекает независимо от его наличия. Во время световой фазы как раз выделяется кислород, а сахара образовываются в темновой фазе, благодаря ряду сложных химических реакций.

Почему важно достижение успехов в области создания механизмов для искусственного фотосинтеза?

искусственного фотосинтеза

Даже сейчас, на этапе, когда человечество медленно, но уверенно движется к постепенному переходу на альтернативные источники энергии, существует огромный дисбаланс веществ в воздухе, который способствует существенным изменениям климата. При условии создания устройств, которые будут хотя бы так же эффективны как растения в сфере переработки веществ, мы сможем закрыть вопрос с глобальным потеплением.

Кроме того, если энергетический ресурс, который вырабатывается во время реакции фотосинтеза, будет действительно эффективен, можно будет использовать его наряду с другими альтернативными источниками энергии, или даже совмещать устройства, чтобы компенсировать недостатки работы одного механизма преимуществами другого. Такой подход поможет нам постепенно отказаться от ископаемых источников энергии, и, возможно, даже перейти на совершенно новый тип энергии.

Другими словами, вероятное использование фотосинтеза как еще одного варианта применения солнечной энергии – это решение для многих проблем, уже давно вставших перед человечеством и мешающих ему жить. Что касается перспектив развития науки в этой области, они представляются очень хорошими, поскольку сейчас есть достаточно возможностей и средств для использования или создания той аппаратуры, которая позволит изучить естественный процесс фотосинтеза до конца, а затем использовать его.

Наверх