Брилев: Здравствуйте подпсичики «Глобальной энергии». Я Сергей Брилев, президент Ассоциации, и это продолжение наших бесед с номинантами, которые вошли в шорт-лист премии этого года. Итак, сегодня к нам присоединится доктор Ян из Калифорнии. Здравствуйте, доктор Ян.
Ян: Добрый день.
Брилев: Позвольте кое-что объяснить нашим подписчикам, я только что вернулся из главного музея космонавтики России, где 8 сентября мы объявим результаты номинационного цикла этого года. Доктор Ян входит в шорт-лист номинантов, и я должен подчеркнуть кое-что очень важное. Да, мы очень гордимся тем, что в этом году у нас в два раза больше номинаций, да, многое изменилось в нашей организации, но доктор Ян — единственный, кто попал в шорт-лист в прошлом году и снова попал в шорт-лист в этом году, несмотря на все изменения, что подчеркивает качество его исследований. Доктор Ян, мы скоро опубликуем книгу, которая называется «10 прорывных идей на ближайшие 10 лет», в которой одна из глав посвящена искусственному фотосинтезу, что является вашей специализацией, но когда я читал о ваших исследованиях, как я уже говорил, я не мог поверить своим глазам: энергетические бактерии, солнечная энергия. Как они объединяются? Просто объясните нашим зрителям.
Ян: Да. Спасибо. То, что мы делаем сейчас это действительно пытаемся учиться у природы. То, что мы делаем, называется искусственным фотосинтезом. Итак, в этих искусственных фотосинтетических системах, если мы хотим преобразовать солнечную энергию и сохранить ее в виде химической энергии, для это потребуется что- то, что поглощает солнечную энергию, а также некий катализатор, который сделать за нас химическую реакцию. Вот где вся наша оригинальная конструкция искусственной фотосинтетической системы, которая основана на наших полупроводниковых нанопроволоках в сочетании с одними из лучших биологических катализаторов. В некоторых наших случаях это бактерии делают химию за нас. Так, в искусственной фотосинтетической системе, наши полупроводниковые нанопроволоки являются отличным поглотителем солнечной энергии. Прямо как солнечная панель. У нас есть многолетний опыт в проектировании солнечных панелей в прошлом. Я бы сказал, что над этим работало все научное сообщество на протяжении 50-60 лет. Таким образом, полупроводники надежны, и они могут улавливать солнечную энергию. Как только они улавливают солнечную энергию, они передают эту энергию биологическим катализаторам, которые запускают химический процесс, так что эти биологические катализаторы могут фиксировать CO2 и преобразовывать их в полезные химикаты, такие как ацетат, как бутанол, как полимеры или даже промежуточные продукты фармацевтических препаратов. Это то, что мы делаем в настоящее время, так называемый жидкий солнечный свет. Мы берем солнечную энергию и используете фотосинтетические системы для хранения этой энергии. Мы используем нашу искусственную фотосинтетическую систему для прямого преобразования солнечной энергии и ее хранения в химическую связь за один шаг.
Брилев: Я не мог поверить своим глазам, теперь я не могу поверить своим ушам. Но Вы определенно говорите правду. Дайте мне пять секунд, потому что я достану самое главное оружие на сегодняшний день, так как COVID-19 неподалеку… Давайте представим, что я чихнул… Ага… …и здесь полно бактерий. Откуда Вы берете свои?
Ян: Ох. Мы используем очень разные виды бактерий. Итак, в Ковид-19 есть вирус, в нашей фотосинтетической системе, когда мы говорим об этом биологическом катализаторе — это бактерии, которые в основном используют свой цикл для преобразовывания CO2
Брилев: Но Вы производите эти организмы в лаборатории или вы получаете их где-то в природе?
Ян: Мы получаем эти бактерии от природы. И многие из этих бактерий существуют в почве. Я хочу подчеркнуть, на самом деле, бактерии, которые мы используем в начале не имеют фотосинтетической способности, то есть, что они не имеют светопоглощающей способности, но они обладают способностью химического преобразования CO2. Это означает, что они не обладают фотосинтетическими способностями, то есть не обладают способностью поглощать свет, но у них есть механизмы для конверсии CO2, так что их уровень конверсии CO2 замечательный, но они не знают, как получить эту энергию. Вот откуда берется наша полупроводниковая нанопроволока. Эти наши полупроводниковые нанопровода, по сути, дают им живое пространство. Эти высокоповерхностные клеточные полупроводниковые структуры дают бактериальному пространству живое пространство. Сначала полупроводниковая нанопроволока поглощает солнечную энергию и передает энергию этим экологически безопасным жучкам, затем мы объединяем лучшее из двух миров: полупроводниковая сторона делает поглощение света, затем биологический катализатор делает химию за нас. В комбинации мы имеем полностью интегрированную систему, которая в конечном итоге генерирует наш вид жидкого солнечного света.
Брилев: То есть однажды наступит день, когда вы сможете собрать немного пыли в вашем саду перед домом, положить искусственный лист во дворе и начать получать электричество?
Ян: Ну, в будущем, я думаю, что это произойдет. Это основано на нашей оригинальной концепции сочетания полупроводниковой нанопроволочной структуры с этими лучшими биологическими катализаторами. Я думаю, в будущем вы можете себе представить, что это, что-то вроде солнечной панели, ставящей на крышу. Эта гибридная фотосинтетическая система может делать то же самое, что и солнечная панель, за исключением того, что солнечная панель является солнечной энергией для электричества, в то время как эти фотосинтетические системы делают одну вещь, которая преобразует солнечную энергию в жидкий солнечный свет или жидкое топливо. Так что, я думаю, в будущем, можно представить, это произойдет.
Брилев: Причина, по которой я задал этот вопрос, и спасибо вам огромное за то, что вы упомянули о солнечных батареях, заключается в следующем. Пару недель назад мы провели семейный сбор, на котором мы с женой решали, стоит ли ставить солнечные батареи на крышу нашего дома. И после тщательных расчетов мы пришли к выводу, что на сегодняшний день это, безусловно, очень важно, именно на сегодняшний день, нет никакой разницы, ставлю ли я солнечные батареи, или ставлю генератор. Конечно, поставив генератор для аварийного электроснабжения, я, очевидно, навредил бы окружающей среде. Хотя солнечные батареи тоже вредят окружающей среде, но вопрос двоякий. Во-первых, климат, потому что, конечно, для Москвы, как и, например, для Канады, генераторы на нефтяной основе более надежны, чем солнечные батареи. Но и стоимость на сегодняшний день примерно равна даже передовым технологиям солнечных батарей. Если посмотреть на вашу технологию, то сколько стоит ватт, произведенный по вашей технологии, в сравнении с ваттом электроэнергии, произведенной на основе традиционной генерации электроэнергии.
Янг: Я думаю, это очень хороший вопрос. Всякий раз, когда появляется новая технология, возникает вопрос о стоимости и эффективности. Но прежде всего, я думаю, мы должны осознать, что традиционно, когда мы используем, сжигаем ископаемое топливо, мы выбрасываем CO2, наносящий вред окружающей среде, вот почему мы разрабатываем все эти технологии возобновляемой энергии. Разработка новых технологий решает проблемы выбросов CO2, решает проблемы изменения климата окружающей среды. Солнечная панель в настоящее время на самом деле очень эффективна. В устройстве кремниевой панели можно легко получить на 20% больше эффективности преобразования энергии, и затраты снижаются. Таким образом, солнечные панели в основном начинают довольно быстро выходить на рынок после более чем 50-60 лет исследований и производства. Но солнечные панели — это процесс, который преобразует солнечную энергию в электрическую, а для этого нужно интегрироваться в сеть. Это, безусловно, одна из проблем, поэтому многие люди работают над способами хранения энергии, как батарея.
Брилев: Безусловно. Это постоянная переменная во всех наших беседах.
Ян: Итак, то, что мы делаем сейчас — в основном, мы пытаемся придумать технологии, чтобы решить эту проблему за один шаг. В принципе, решение проблемы преобразования и хранения солнечной энергии за один шаг существует, вот почему я подчеркиваю, что наша технология сохраняет солнечную энергию в химической связи, а в химической связи, удельная энергоемкость высока, как и в генераторе. По сути, вы сжигаете химикаты, чтобы высвободить эту энергию. Наш процесс делает то же самое. Когда мы сжигаем бензин это то, что мы вынимаем из земли — ископаемое топливо и придумываем бензин, а потом заправляем бензином наши машины. И это тоже форма солнечной энергии, которая хранится в химической связи, но процесс происходит через миллионы миллионов лет. Мы делаем это в лаборатории. Надеюсь, однажды этот процесс можно будет перенести на масштабное производство. Как только мы увеличим масштаб, можно будет задуматься о химической промышленности, энергетике и фармацевтической промышленности. Потому что современная химическая энергетика и фармацевтическая промышленность — это химия ископаемого топлива, потому что весь углерод поступает из-под земли. Если расширить масштабы нашей технологии, я думаю, она произведет революцию в энергетике, химии и фармацевтической промышленности на многие следующие десятилетия.
Брилев: Как пелось в песни “Love is in the air”( любовь витает в воздухе), но сейчас «энергия витает в воздухе».
Ян: Да, энергия в воздухе. Это в основном из-за солнечного света и CO2. Вы правы.
Брилев: Как выглядит ваш искусственный лист. Похож ли он на зеленый лист?
Янг: Ну, на самом деле он выглядит как солнечная батарея. Да, именно так, это высокоплотные массивы из кремниевых нанопроволок, которые похожи на крошечный лес. Биологические катализаторы, находятся внутри трехмерного пространства. Эти пластины поглощают солнечный свет, затем получают CO2, и в итоге производят для нас химикаты.
Брилев: Ну ладно, позвольте рассказать одну историю про одного из первых победителей Премии- академика Алферова, который однажды, 12 лет назад, пригласил меня посетить его университет в Санкт-Петербурге. Это очень интересный университет, там проводится много исследований, нетипичных для российских университетов. Когда мы проходили через все лаборатории, я решил задавать очень простой вопрос всем, кого мы встречали — я спрашивал их об их профессии, о том, чем они занимаются. Я получил очень интересные, немыслимые ответы. Так вот, люди говорили мне, да, я выпускник медицинского университета, но я нанотехнолог, а другой говорил, что является выпускником химического факультета, но не имеет ничего общего ну с химией, не с физикой, а занимается чем-то параллельным. Они не могли описать мне свою профессию, они говорили мне, что моя профессия — это должность №2 в этой лаборатории, потому что я на самом деле не знаю, кто я, я физик, биолог, врач, я не знаю, но я с нетерпением жду результатов, которые мы получим, сочетая различные науки. Кто же Вы?
Янг: Это очень важный вопрос. Это актуально для многих из нас, кто работает в области энергетики для того, чтобы решить такие энергетические проблемы, как преобразование CO2, борьба с климатическими изменениями. На самом деле, вам нужна база знаний, исходящих из многих различных дисциплин, для того, чтобы решить эту очень большую сложную проблему, с которой мы сталкиваемся. Наука становится все более междисциплинарной. Поэтому я считаю себя… Я имею степень бакалавра по химии, моя докторская степень в Гарварде — это химия плюс прикладная физика, сейчас я все больше и больше я увлекаюсь материалознанием. Ученым нужна такая база знаний, которая основана на поле многолетней научной деятельности всего научного сообщества, тогда вы придумаете очень много междисциплинарных решений этих вопросов. Наша фотосинтетическая система — это именно тот пример, когда мы объединяем две дисциплины, которые традиционно не смешиваются друг с другом, полупроводниковую сторону и биологический катализатор. Объединив их вместе, мы приходим к действительно междисциплинарному решению этой большой, сложной экологической и энергетической проблемы, с которой мы сталкиваемся.
Брилев: Это действительно здорово. Желаю удачи всем нашим номинантам и доктору Яну. Большое спасибо!
Ян: Спасибо
