Израильские исследователи разработали фотокатализатор, извлекающий энергию из молекул целлюлозы, и создали на его основе систему генерации электроэнергии, производящую уксус и муравьиную кислоту. Подобные источники питания могут улучшить доступ к электричеству в удаленных регионах мира, пишут исследователи в статье в научном журнале Cell Reports Physical Science.

«Мы разработали первую систему, которая позволяет напрямую конвертировать целлюлозный биоматериал в электрическую энергию. Ее можно использовать для утилизации многих биологических отходов производства и различных форм биомассы и одновременного производства электроэнергии», - говорится в исследовании.

Система, разработаная группой ученых под руководством Омера Ехезкели, доцента Израильского технологического института в Хайфе, представляет собой набор из фотокатализатора на базе соединений висмута, мышьяка, кобальта и фосфора, а также бактериальных ферментов, расщепляющих целлюлозу на менее сложные углеводы.

Фотокатализатор затем окисляет полученный остаток, превращая углеводы в органические соединения, в том числе в большие количества уксусной и муравьиной кислоты. Этот процесс, как отмечают ученые, не требует внешнего вмешательства и протекает при комнатной температуре, давлении и при обычном уровне освещенности.

Первые тесты генератора показали, что устройство способно стабильно функционировать на протяжении более суток при достаточных количествах окисляемой целлюлозы и стабильном освещении. При идеальных условиях среды подобное устройство способно преобразовать около 48% химической энергии целлюлозы в электричество и производить около ватта энергии на квадратный метр поверхности, что является высоким показателем длятаких топливных элементов.

Как предполагают биохимики, созданную ими систему можно сделать еще более долговечной и эффективной, если заменить применяемые в ней бактериальные ферменты на реальных микробов, способных расщеплять целлюлозу. В перспективе это также позволит использовать подобные установки не только для производства уксусной и муравьиной кислоты, но и более сложных химикатов, что дополнительно повысит их ценность для экономики, подытожили исследователи.

За последние два десятилетия ученые создали десятки методов выработки топлива из различных типов растительной биомассы при помощи грибков и микробов. Как правило, его производство требует предварительной обработки сырья химикатами, разлагающими два основных компонента биомассы - целлюлозу и лигнин - на более простые сахара.

Эта необходимость осложняет выработку биотоплива и не позволяет использовать для него любые типы растительного сырья, так как в большинстве случаев производство будет экономически нерентабельным. Подобные соображения заставляют ученых искать новые методы переработки биомассы и создавать новые штаммы грибков и дрожжей, способные «переваривать» необработанное сырье.