Поможет ли искусственный фотосинтез справиться с климатическим кризисом?

Растения — это легкие планеты, но они изо всех сил стараются справляться с растущими выбросами углекислого газа и вырубкой лесов. Инженеры, однако, протягивают им руку помощи, расширяя их возможности при помощи новых технологий и создавая искусственные заменители, которые помогут им очистить нашу атмосферу. Совсем недавно Имперский колледж Лондона, в котором есть одна из ведущих инженерных школ Великобритании, объявил о том, что совместно со стартапом Arborea создает первый проект системы выращивания BioSolar Leaf — по сути, искусственных листьев.

Arborea разрабатывает огромные структуры, похожие на солнечные панели, в которых размещаются микроскопические растения и которые можно устанавливать на зданиях или на открытой местности. Растения поглощают свет и углекислый газ в процессе фотосинтеза, удаляя парниковые газы из воздуха и производя органический материал, который может быть переработан для извлечения ценных пищевых добавок — например, омега-3 жирных кислот.

Идея выращивания водорослей для производства полезных материалов не нова, но смысл деятельности Arborea в том, чтобы сделать ее доступной и гибкой. Традиционный подход заключается в выращивании водорослей в открытых прудах, которые менее эффективны и открыты для загрязнения, или в фотобиореакторах, которые обычно требуют подачи CO2 вместо того, чтобы получать его из воздуха, и могут быть дорогими в эксплуатации.

Подробностей о том, как эта технология решает проблемы с поставкой питательных веществ и сбором урожая, пока мало. Компания утверждает, что может удалять двуокись углерода так же быстро, как 100 деревьев, используя площадь поверхности всего одного дерева, но нет опубликованных исследований, подтверждающих это, и трудно сравнить площадь поверхности плоских панелей с поверхностью сложного объекта, такого как дерево. Если разгладить каждый дюйм поверхности дерева, площадь окажется довольно большой.

Тем не менее, возможность установки этих панелей непосредственно на зданиях может стать многообещающим способом поглощения огромного количества CO2, производимого в наших городах транспортом и промышленностью. И Arborea не единственная, кто пытается протянуть руку помощи растениям.

Искусственный фотосинтез

Долгие десятилетия ученые работали над способами использования активированных светом катализаторов для расщепления воды на кислород и водородное топливо, и в последнее время были предприняты попытки объединить это с другими процессами, чтобы можно было производить из водорода и углерода из CO2 всевозможные продукты.

В частности, в 2016 году ученые из Гарварда показали, что катализаторы, расщепляющие воду, могут быть дополнены бактериями, которые объединяют полученный водород с CO2 и создают кислород, биомассу, топливо или другие полезные продукты. Этот подход был более эффективен, чем заводы по превращению CO2 в топливо, и выстраивался с использованием дешевых материалов, но превращение его в коммерчески жизнеспособную технологию займет время.

Имитация биологии

Не все хотят подражать биологии или заимствовать у нее, пытаясь высосать CO2 из атмосферы. В последнее время инвестируют в стартапы, работающие над технологией прямого захвата воздуха, которая ранее не использовалась из-за чрезвычайно большого энергопотребления и требований к месту. Неизбежный надвигающийся климатический кризис все меняет.

Большинство подходов направлены на использование концентрированного CO2 для производства синтетического топлива или других полезных продуктов, чтобы создать поток доходов, который повысит коммерческую жизнеспособность этих идей. Но мы склонны выходить за пределы безопасных парниковых газов, поэтому внимание больше смещается на технологии, не задействующие углерод.

Это означает улавливание CO2 из воздуха и последующее его долгосрочное хранение. Одним из способов может быть выращивание большого количества биомассы, а затем ее захоронение, имитирующее процесс, который изначально создал ископаемое топливо. Либо двуокись углерода закачивается в глубокие подземные скважины.

Первый вариант требует неоправданно больших площадей земли, а второй — огромные объемы и без того скудных и дорогих возобновляемых источников энергии. Искусственный фотосинтез мог бы обойти эти проблемы, поскольку он в пять раз эффективнее, чем его естественный аналог, и сможет быть дешевле закачки.

А вот сможет ли эта технология развиться достаточно быстро, чтобы ее можно было развернуть масштабно и вовремя и смягчить наихудшие последствия изменения климата, пока неизвестно. Сокращение выбросов, безусловно, представляет собой более надежный способ решения этой проблемы. Но может быть и так, что мы увидим растений-киборгов по соседству.