Die Macht dieser Photosynthese zum Besten von die Erzeugung sauberer Leistungsabgabe herauslösen

Da die Welt einer steigenden Nachfrage nachher sauberen und nachhaltigen Energiequellen ausgesetzt ist, lassen sich Wissenschaftler von dieser Macht dieser Photosynthese inspirieren. Mit dem Ziel, neue, umweltfreundliche Techniken zur Herstellung von sauber verbrennendem Wasserstoffbrennstoff zu gedeihen, startet ein Forscherteam dieser Universität Rochester ein bahnbrechendes Projekt, um den natürlichen Prozess dieser Photosynthese nachzuahmen, c/o dem Bakterien Elektronen an kombinieren nanokristallinen Halbleiter-Photokatalysator überlassen .

In einem in dieser Fachzeitschrift PNAS veröffentlichten Geschlechtswort zeigen Kara Bren, Richard Sulfur. Eisenberg-Professorin zum Besten von Chemie in Rochester, und Todd Krauss, Professor zum Besten von Chemie, dass dies Bakterium Shewanella oneidensis eine praktisch kostenlose und während effiziente Möglichkeit bietet, Elektronen bereitzustellen zu ihrem künstlichen Photosynthesesystem. Durch die Nutzung dieser einzigartigen Eigenschaften dieser Mikroorganismen zusammen mit Nanomaterialien hat dies System dies Potenzial, aktuelle Ansätze zur Gewinnung von Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen zu ersetzen, die Betriebsart und Weise dieser Wasserstofferzeugung zu revolutionieren und eine leistungsstarke Quelle erneuerbarer Leistungsabgabe zu nutzbar machen.

„Wasserstoff ist derzeit ohne wenn und aber ein Kraftstoff von großem Motivation zum Besten von dies Energieministerium“, sagt Bren. „Wenn wir kombinieren Weg finden, Wasserstoff effizient aus Wasser zu profitieren, könnte dies zu einem unglaublichen Wertzuwachs c/o sauberer Leistungsabgabe zur Folge haben.“

„Ein idealer Treibstoff“
Wasserstoff sei „ein idealer Treibstoff“, sagt Bren, „weil er umweltfreundlich und eine kohlenstofffreie Option zu fossilen Brennstoffen ist.“

Wasserstoff ist dies am häufigsten vorkommende Element im Universum und kann aus verschiedenen Quellen hergestellt werden, darunter Wasser, Erdgas und Biomasse. Im Spannungsfeld zu fossilen Brennstoffen, die Treibhausgase und andere Schadstoffe produzieren, entsteht c/o dieser Verbrennung von Wasserstoff wie einziges Nebenprodukt Wasserdampf. Wasserstoffkraftstoff hat außerdem eine hohe Energiedichte, welches bedeutet, dass er viel Leistungsabgabe pro Gewichtseinheit enthält. Es kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich Brennstoffzellen, und kann sowohl im kleinen wie sogar im großen Messlatte hergestellt werden, sodass es zum Besten von die Gesamtheit vom Heimgebrauch solange bis zur industriellen Fertigung probat ist.

Die Herausforderungen beim Pfand von Wasserstoff
Unlust dieser großen Menge an Wasserstoff gibt es hinaus dieser Erdung praktisch keinen reinen Wasserstoff; Es ist so gut wie immer an andere Elemente wie Kohlenstoff oder Sauerstoffgas in Verbindungen wie Kohlenwasserstoffen und Wasser gebunden. Um Wasserstoff wie Kraftstoffquelle nutzen zu können, muss er aus diesen Verbindungen gewonnen werden.

Wissenschaftler nach sich ziehen in dieser Vergangenheit Wasserstoff entweder aus fossilen Brennstoffen oder neuerdings sogar aus Wasser gewonnen. Um Letzteres zu glücken, gibt es große Bestrebungen, künstliche Photosynthese einzusetzen.

Während dieser natürlichen Photosynthese aufsaugen Pflanzen Sonnenlicht, dies sie nutzen, um chemische Reaktionen anzutreiben, c/o denen Kohlendioxid und Wasser in Glukose und Sauerstoffgas umgewandelt werden. Im Wesentlichen wird Lichtenergie in chemische Leistungsabgabe umgewandelt, die den Organismus antreibt.

In ähnlicher Weise ist die künstliche Photosynthese ein Prozess, c/o dem ein reichlich vorhandener Rohstoff und Sonnenlicht in kombinieren chemischen Treibstoff umgewandelt werden. Systeme, die die Photosynthese nachahmen, benötigen drei Komponenten: kombinieren Lichtabsorber, kombinieren Katalysator zur Herstellung des Brennstoffs und eine Elektronenquelle. Selbige Systeme sind typischerweise in Wasser getaucht und eine Lichtquelle versorgt den Lichtabsorber mit Leistungsabgabe. Die Leistungsabgabe ermöglicht es dem Katalysator, die bereitgestellten Elektronen mit Protonen aus dem umgebenden Wasser zu kombinieren, um Wasserstoffgas zu erzeugen.

Die meisten aktuellen Systeme sind jedoch während des Produktionsprozesses hinaus fossile Brennstoffe angewiesen oder verfügen nicht oberhalb eine effiziente Möglichkeit, Elektronen zu veräußern.

„Die Betriebsart und Weise, wie Wasserstoffkraftstoff jetzt hergestellt wird, macht ihn praktisch zu einem fossilen Treibstoff“, sagt Bren. „Wir wollen in einer lichtgetriebenen Reaktion Wasserstoff aus Wasser profitieren, um kombinieren wirklich sauberen Treibstoff zu nach sich ziehen – und dies hinaus eine Betriebsart und Weise, dass wir in diesem Fall keine fossilen Brennstoffe verbrauchen.“

Rochesters einzigartiges System
Die Schar von Krauss und Bren arbeitet seit dieser Zeit etwa einem Jahrzehnt an dieser Schöpfung eines effizienten Systems, dies künstliche Photosynthese nutzt und Halbleiter-Nanokristalle wie Lichtabsorber und Katalysatoren nutzt.

Eine Herausforderung zum Besten von die Forscher bestand darin, eine Elektronenquelle zu finden und die Elektronen effizient vom Elektronendonor hinaus die Nanokristalle zu veräußern. Andere Systeme verwendeten Vitamin C, gewohnt wie Vitamin Kohlenstoff, um Elektronen an dies System zurückzugeben. Vitamin Kohlenstoff mag zwar günstig erscheinen, „man braucht nichtsdestoweniger eine nahezu kostenlose Elektronenquelle, sonst wird dies System zu teuer“, sagt Krauss.

In ihrer Arbeit berichten Krauss und Bren oberhalb kombinieren unwahrscheinlichen Elektronenspender: Bakterien. Sie fanden hervor, dass Shewanella oneidensis, Bakterien, die erstmals aus dem Salzlake Oneida im Bundesstaat New York gesammelt wurden, eine praktisch kostenlose und während effiziente Möglichkeit bietet, ihrem System Elektronen zuzuführen.

Während andere Labore Nanostrukturen und Bakterien kombiniert nach sich ziehen, „bemühen sich all jene Bemühungen drum, den Nanokristallen Elektronen zu entziehen und sie in die Bakterien zu veräußern, um dann die bakterielle Maschinerie zur Herstellung von Treibstoffen zu nutzen“, sagt Bren. „Soweit wir wissen, ist unser Sachverhalt dieser erste, dieser den umgekehrten Weg geht und die Bakterien wie Elektronenquelle zum Besten von kombinieren Nanokristall-Katalysator nutzt.“

Wenn Bakterien unter anaeroben Bedingungen – Bedingungen ohne Sauerstoffgas – wachsen, veratmen sie Zellsubstanzen wie Treibstoff und setzen in diesem Fall Elektronen unbesetzt. Shewanella oneidensis kann durch seinen eigenen internen Stoffwechsel erzeugte Elektronen videografieren und an den externen Katalysator überlassen.

Ein Treibstoff dieser Zukunft
Bren geht davon aus, dass einzelne Häuser in Zukunft unter Umständen oberhalb Bottiche und unterirdische Tanks verfügen könnten, um die Macht dieser Sonne zu nutzen und kleine Mengen Wasserstoff zu produzieren und zu speichern, sodass die Menschen ihre Häuser und Autos mit kostengünstigem, sauber verbrennendem Kraftstoff betreiben können. Bren weist darauf hin, dass es derzeit Züge, Busse und Autos gibt, die mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betrieben werden, nichtsdestoweniger so gut wie dieser gesamte Wasserstoff, dieser zum Besten von den Antrieb dieser Systeme zur Verfügung steht, stammt aus fossilen Brennstoffen.

„Die Technologie ist da unter freiem Himmel“, sagt sie, „nichtsdestoweniger solange dieser Wasserstoff nicht in einer lichtgetriebenen Reaktion aus Wasser gewonnen wird – ohne den Pfand fossiler Brennstoffe –, hilft sie dieser Umwelt nicht wirklich.“

Forschungsbericht: Shewanella oneidensis MR-1 atmet CdSe-Quantenpunkte zum Besten von die photokatalytische Wasserstoffentwicklung

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Universität Rochester

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