Если люди когда-либо надеяться, чтобы колонизировать Марс, поселенцы потребуется производство на планете огромное количество органических веществ, из топлива к препаратам, которые стоят слишком дорого, чтобы корабль с Земли.
Университет Калифорнии, Беркли и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Лаборатория Беркли) химики есть план для этого.
За последние восемь лет, исследователи работают над созданием гибридной системы, сочетающей бактерий и нанопроволоки, которые способны улавливать энергию солнечного света для превращения углекислого газа и воды в строительные блоки для органических молекул. Нанопроволоки, тонкие силиконовые провода примерно одну сотую ширины человеческого волоса, используется в качестве электронные компоненты, а также датчиков и солнечных элементов.
«На Марсе, около 96% атмосфере СО2. В принципе, все, что вам нужно, это эти кремниевых полупроводниковых нанопроволок в солнечную энергию и передавать ее на эти ошибки, чтобы сделать химия для вас», — сказал руководитель проекта Peidong Янг, профессор химии и С. К. и Анджела Чан выдающийся стул в энергетике в Калифорнийском университете в Беркли. «Для глубокой космической миссии, вы заботитесь о весе полезной нагрузки, и биологические системы имеют то преимущество, что они самостоятельно размножаются: вам не нужно отправлять большое. Поэтому наш biohybrid версия весьма привлекательна».
Единственным требованием, помимо солнечного света, вода, которой на Марсе относительно много в полярных ледяных шапок и скорее замерзает под землей на большей части планеты, сказал Ян, который является старшим факультет научный сотрудник лаборатории Беркли и директор Института нанонауки Кавли энергии.
В biohybrid также может тянуть углекислый газ из воздуха на Землю, чтобы сделать органические соединения и одновременно решать проблемы изменения климата, которое вызвано избытком человеком CO2 в атмосфере.
В новом документе, который будет опубликован 31 марта в журнале Джоуль, исследователи доклад важной вехой в упаковке эти бактерии (Sporomusa яйцевидный) в «лес нанопроводов» достигнута рекордная эффективность: 3.6% поступающей солнечной энергии преобразуется и хранится в углеродных связей, в виде двух-углеродной молекулы под названием ацетат: по сути, уксусная кислота или уксус.
Ацетат молекулы могут служить в качестве строительных блоков для ряда органических молекул, от топлива и производство наркотиков. Многие другие органические продукты могут быть изготовлены из ацетата внутри генетически модифицированных организмов, таких как бактерии или дрожжи.
Система работает как для фотосинтеза, который растения, естественно, использовать для преобразования углекислого газа и воды в углеродных соединений, в основном сахар и углеводы. Растения, однако, имеют довольно низкий КПД, обычно Преобразуя менее половины процента солнечной энергии для соединений углерода. Система Ян сопоставим с завода, что лучший преобразует СО2 в сахара: тростниковый сахар, который составляет 4-5% эффективнее.
Ян также работает над системами для эффективного производства сахара и углеводов из солнечного света и СО2, потенциально обеспечивая пищу для колонистов Марса.
Смотреть рН
Когда Ян и его коллеги впервые продемонстрировали свою нанопроволоки-бактерии гибридного реактора пять лет назад, солнечная эффективность преобразования составлял лишь 0,4% — сравним для растений, но очень мало по сравнению с типичным КПД 20% или более кремниевых солнечных панелей, которые преобразуют свет в электричество. Ян был одним из первых, чтобы включить нанопроводов на солнечных панелях, около 15 лет назад.
Исследователи сначала попытались увеличить эффективность упаковки больше бактерий на нанопроволоки, которая передает электроны непосредственно на бактерии для химической реакции. Но бактерии отделяют от нанопроволок, разрыва цепи.
Ученые в конце концов обнаружили, что жуки, как они производятся ацетат, снижение кислотности окружающей воды, то есть увеличился измерение называемый рН-и заставил их оторвать от нанопроволоки. Он и его ученики в конце концов нашли способ, чтобы держать воду чуть кислее, чтобы нейтрализовать эффект повышения рН в результате непрерывного ацетат производства. Это позволило им пакета много бактерий в нанонить лес, повысит эффективность почти в 10 раз. Они были в состоянии управлять реактором, леса параллельных нанопроволок, на неделю без бактерий облезает.
В данном конкретном эксперименте нанопроволоки были использованы только в качестве токопроводящих проводов, не в качестве солнечных батарей. Внешний солнечные панели дают энергию.
В реальной системе, однако нанопроволоки будет поглощать свет, генерации электронов и их транспортировки к бактериям зацепились за нанопроволок. Бактерии в электроны и, подобно тому, как растения делают сахар, преобразовать две молекулы углекислого газа и воды в ацетат и кислорода.
«Эти кремниевых нанопроводов, по существу, словно антенна: они захватывают солнечный фотон просто как панели солнечных батарей,» сказал Янг. «В этих кремниевых нанопроводов, они будут генерировать электроны и кормить их этими бактериями. Затем бактерии поглощают СО2, делать химию и выплюнуть ацетат.»
Кислород-это побочный эффект и, на Марсе, могли бы пополнить искусственным колонистов атмосферу, которая будет имитировать 21% атмосферы Земли кислородом.
Ян уже изменили систему другими способами-например, для размещения квантовых точек в собственную оболочку бактерий, которые действуют как солнечные батареи, поглощающие солнечный свет и устраняя необходимость для кремниевых нанопроводов. Эти бактерии киборга также получить уксусную кислоту.
Его лаборатория продолжает поиск путей эффективности biohybrid, а также изучает методы генной инженерии бактерий, чтобы сделать их более универсальными и способны производить большое количество разнообразных органических соединений.
Исследование поддерживается грантом НАСА в Центр по утилизации биологической инженерии в пространстве (кубики), мульти-университет усилия для разработки методов биотехнологического производства в космосе.
Беркли соавторами документа являются действующими или бывшими аспирантами Юде Су, Стефано Cestellos-Бланко и Чжи Мин Ким, которые способствовали в равной степени к работе; и аспирантов Юэ-Сяо Шэн Цяо Гонконг, Дилан Лу Чонг Лю Хао Чжан и Цао Юйхун.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!