Искусственный фотосинтез, охлаждающая одежда и бактерии, поедающие пластик

В подборке самых интересных научных новостей недели:

Как охладить или разогреть человека

Автор фото, Getty Images

Терморегулирование на индивидуальном уровне имеет огромное значение с точки зрения энергопотребления и здоровья человека.

Более столетия в этой области не происходило ничего революционного, если не считать кондиционирования воздуха в помещениях.

Инженеры в Университете штата Калифорния в Сан-Диего разработали новый тип портативного устройства в виде ткани, которая может вшиваться в одежду и охлаждать или разогревать кожу человека в зависимости от окружающей температуры. Это устройство берет энергию из гибкой батареи, которая также может быть частью одежды.

Исследователи считают, что такие устройства при массовом применении могут сэкономить массу энергии, необходимой для кондиционирования воздуха.

"Устройство такого типа может улучшить ваши ощущения в разных ситуациях - когда, например, вы добираетесь в жару до работы или когда вы мерзнете на рабочем месте в офисе", - говорит Ренкун Чен, профессор университета, который возглавлял группу исследователей.

По его словам, это устройство способно содействовать значительной экономии электроэнергии. Известно, что если летом переключить кондиционеры в большом здании на поддержание температуры на 12 градусов выше обычной, это сокращает расходы на охлаждение на 70%.

Новый вид термоматериала состоит из слоев металлизированной ткани, в составе которой присутствуют термоэлектрические сплавы - то есть материалы, которые трансформируют электрический заряд в разность температур и наоборот, в зависимости от направления тока.

Инженеры изготовили прототип такого устройства в форме сетчатой наручной повязки и испытали его на добровольце. Испытания проходили в помещении с контролируемой температурой. За две минуты устройство охладило кожу до заданной температуры в 32 градуса по Цельсию и затем поддерживало общую температуру кожи в диапазоне между 22 и 32 градусами.

Конечной целью инженеров является соединение множества таких кусочков термоткани в один предмет одежды. Один такой фрагмент имеет вид квадрата со стороной 5 см. Он потребляет 0,2 ватта энергии. Для создания охлаждающего жилета требуется 144 таких фрагментов, которые будут потреблять около 26 ватт, а во время сильной жары - до 80 ватт, то есть примерно столько, сколько использует средний лэптоп.

Переключая направление тока в устройстве, можно добиться либо разогрева, либо охлаждения термоткани.

Для кондиционирования помещения, котором находится 50 человек, тратятся сотни киловатты электроэнергии.

Материалы исследования можно найти на сайте журнала Science Advances.

Человечество вступило в новую геологическую эпоху

Автор фото, US Dept of Energy/Wikimedia

Через пару лет Международная комиссия по стратиграфии (МКС) должна будет принять важное решение. Рабочая группа экспертов проголосовала значительным большинством голосов в пользу рекомендации по признанию того, что началась новая геологическая эпоха, которую могут обозначить термином "антропоцен".

МКС - крупнейшая организация в рамках Международного союза геологических наук (МСГН), который представляет 121 страну. Она определяет границы геологических периодов в истории планеты.

Воздействие человека на окружающую среду приобрело такие масштабы, что следы его будут сохраняться миллионы лет. Даже если человечество исчезнет с лица планеты, а развалины городов будут поглощены осадками и движением тектонических плит, изотопный состав горных пород и льдов будет в течение сотен тысяч лет выдавать присутствие человека.

Останутся и другие следы присутствия человека - странные нарушенные геологические структуры, районы химического загрязнения и многочисленные признаки внезапного кризиса в биологическом разнообразии.

Далеко не все геологи согласны с идеей введения нового геологического периода. Их настораживает то, что для обозначения начала "антропоцена" предлагается принять обретение человечеством ядерного оружия и начало ядерных испытаний в средине 1940-х годов.

Археолог из Лестерского университета Матт Эджворт, который входит в рабочую группу МКС, говорит: "Стратиграфические данные недвусмысленно указывают на то, что антропоцен не имеет единой точки начала, а размазан по времени и имеет различные отправные точки".

Признание начала новой эпохи на основании всего одного параметра - например, уровня радионуклидов в геологических породах - препятствует, с точки зрения Эджворта, а не содействует научному пониманию воздействия человека на планету.

Тем не менее, идея признания того, что эпоха голоцена закончилась в 1945 году и началась новая геологическая эпоха, набирает сторонников в среде профессиональных геологов. Однако на ее обсуждение, похоже, уйдут годы. В конце концов, геологи не привыкли торопиться, имея дело с миллионами лет, в течение которых длится типичный геологический период.

Бактерии, которым по вкусу пластик

Автор фото, Science and Space

Проблема пластикового загрязнения океанов волнует миллионы людей. Недавние исследования свидетельствуют, что если темпы поступления пластикового мусора в окружающую среду не изменятся, к 2050 году в океанах будет больше пластика, чем рыбы.

Для решения этой проблемы предлагается множество решений, многие из них весьма экзотические.

В последнее время особое внимание сосредоточено на разработке двух американских студенток - Джини Яо и Миранды Вань, которые сумели создать новый вид бактерий, способных разлагать пластик. Они работают над этим проектом со школьных времен - и теперь довели его до уровня получения патентов. Им также удалось собрать 400 тысяч долларов на проведение дальнейших исследований.

Этот проект уже принес им пять международных наград.

Им удалось выделить бактерии, которые способны перерабатывать пластик в углекислый газ и воду. Студентки предлагают использовать новую технологию в двух целях - для очистки от мусора пляжей и для получения сырья для текстильной промышленности.

Это далеко не единственное исследование в данной области. Недавно международная группа исследователей проанализировала способность морских бактерий переваривать пластик. За пять месяцев микробы способны уменьшить массу частиц полиэтилена на 7%, полистирола - на 11%. Результаты исследования были опубликованы на страницах Journal of Hazardous Materials.

Пластик составляет почти 70% морского мусора, остальное - металл и стекло. Наиболее загрязненные районы мирового океана содержат более 10 миллиардов единиц мусора на квадратный километр.

К таким местам относят пляжи и участки моря у берегов Южной Кореи и Иордании. После длительного пребывания в соленой воде под лучами палящего солнца пластик разрушается до микрочастиц диаметром менее пяти миллиметров. Частички легко проглатывают морские животные: более 1200 видов животных вступают в контакт с мусором.

Присутствующие в морской воде бактерии могут разлагать пластик. Для того, чтобы удостовериться в этом, ученые отобрали выветрившийся пластик (полиэтилен и полистирол) с двух пляжей на греческом острове Крит.

До этого пластмасса уже подверглась солнечному излучению и в результате прошла через ряд химических изменений, которые сделали ее достаточно хрупкой. Именно в таком виде пластик доступен для переваривания бактериями.

Простерилизовав и покрошив крупные единицы, половину образцов ученые погрузили в морскую воду с нативными бактериями, другую половину - в морскую воду с углеродпоедающими бактериями. Изменения регистрировали в течение пяти месяцев.

Вес полиэтилена в обоих случаях упал на 7%, а масса полистирола - на 11%.

Эти исследования носят пока сугубо теоретический характер. Остается неизвестным, как поведут себя новые штаммы бактерий, "съев" весь доступный им пластиковый мусор. Многие микробиологи указывают на опасность появления новых токсичных видов бактерий, что может иметь непредсказуемые последствия для биосферы.

Материалы Материалы об этом опубликованы на сайте Science and Space.

Искусственный фотосинтез превращает СО2 в жидкое топливо

Автор фото, Getty Images

Разработан новый способ искусственного фотосинтеза, конечным продуктом которого станут углеводороды с высокой отдачей энергии, а катализатором выступают наночастицы золота.

В процессе природного фотосинтеза растения преобразуют энергию фотонов солнечного света в глюкозу путем трансформации молекул воды и СО2. Новый процесс имитирует эту способность, не требуя при этом участия хлорофилла.

"Нашей целью стало производство сложных сжижаемых углеводородов из атмосферного СО2 и других возобновляемых ресурсов типа солнечного света", - говорит химик Прашант Джайн из Университета штата Иллинойс.

Реализация на практике искусственного фотосинтеза в широких масштабах дало бы человечеству чистый и надежный источник энергии, одновременно сокращая присутствие в атмосфере парниковых газов.

Джайн уже сравнительно давно занимается этой проблемой. В центре его исследований - использование наночастиц золота в качестве замены хлорофилла - пигмента, который сам выступает в качестве катализатора в природном фотосинтезе.

В проведенных в 2018 году экспериментах ученые обнаружили, что крошечные сферические частицы золота диаметром в несколько нанометров способны поглощать зеленую часть солнечного спектра и передавать фотовозбужденные электроны и протоны.

Новое исследование идет дальше - исследуется процесс переработки СО2 в сложные молекулы углеводородов типа метана и пропана, которые синтезируются путем воздействия зеленого света на ионы в присутствии золотых наночастиц в ионной жидкости, то есть в жидкости, содержащей только ионы.

В ходе этого процесс помимо пропана и метана синтезируются такие сложные углеводороды, как этилен, ацетилен и пропилен.

Практическое применение нового метода будет в конечном итоге зависеть от его производительности.

"Я считаю, что нам понадобится еще не менее десяти лет, чтобы создать экономически рентабельные способы поглощения СО2, фиксации Со2 и трансформации его в жидкое топливо, - отмечает Джайн. - Но каждое новое открытие в этой области приближает нас к этому моменту".