Команда из Университета Цукуба представила новую процедуру сбора энергии и органических молекул из водорослей с использованием нанопористого графена и пористого графенового пенопласта. Разработав многоразовую систему, которая может испарять воду с высокой скоростью без необходимости центрифугирования или отжима. Это исследование имеет большой потенциал для производства более чистого, дешевого и более эффективного биотоплива, витаминов и химикатов.
В борьбе с глобальным изменением климата биомасса водорослей является очень интересной областью исследований, поскольку они представляют собой фотосинтезирующие микроорганизмы, преобразующие световую энергию солнца в богатые энергией биомолекулы. Когда водоросли выращивают и собирают в промышленных масштабах, эти молекулы могут быть преобразованы в широкий спектр важных соединений, включая биотопливо, лекарства, пищевые добавки с омега-3 и многие другие ценные биопродукты. Водоросли также способны поглощать углекислый газ по мере своего роста, переход от традиционных ископаемых видов топлива к биотопливу обещает сократить чистые выбросы парниковых газов. Однако культуры микроводорослей состоят в основном из воды с низким содержанием твердых веществ (0,05-1,0% масс.), и для сбора органического материала с помощью методов разделения твердой и жидкой фаз обычно требуется несколько стадий обезвоживания..
Теперь ученые из Университета Цукуба представили новый метод удаления воды из биомассы водорослей, который не повреждает хрупкие соединения, подлежащие сбору. В отличие от предыдущих методов, основанных на механическом центрифугировании или выдавливании, в этом подходе используется солнечное облучение и многоразовые наноструктурированные вспомогательные материалы. Изготовление иерархически структурированного нанопористого графена и пены пористого графена создает крошечные каналы для воды, которая вытягивается вверх из глубины образца.
Этот новый разработанный материал защищает биомассу от перегрева, в то же время улавливая больше солнечной энергии для испарения воды. «Нам нужен был материал, который поглощает свет, имеет низкую удельную теплоемкость и теплопроводность, но при этом остается гидрофильным и пористым, с большой площадью поверхности», - говорит первый автор профессор Йошикадзу Ито. «К счастью, наноструктурированный графен, легированный азотом, обладает всеми этими качествами».
«Чем более энергоэффективным мы можем сделать процесс обезвоживания, тем больше мы сможем сохранить экологические преимущества использования биомассы в первую очередь», - говорит старший автор доктор Андреас Исдепски.