Химическая бионика

 Изучай все не из тщеславия, а ради практической
 пользы. 
 

Георг Лихтенберг

Энергия солнечной радиации представляет собой грандиозные по масштабам, но слабые по интенсивности потоки. Зажечь спичку непосредственно лучами Солнца нельзя: лучи прежде надо сконцентрировать, хотя бы увеличительным стеклом.

Но в природе есть замечательный аппарат, приешь собленный к массовому использованию энергии слабых потоков, - растения. Они с помощью Солнца запасают на Земле колоссальное количество органической продукции.

Мы привыкли восхищаться совершенством природы, ее творений. С этой точки зрения результат деятельности растений нас все же больше удручает, чем восхищает. Уж больно мал у растений КПД преобразования солнечной энергии: неиспользованной остается 99,9 процента.

Ничтожность КПД растений и служит самым серьезным препятствием для выращивания биомассы как источника энергии. Необходимы огромные пространства.

По оценкам экспертов, 3,2 процента всей территории США (без Аляски и Гавайских островов) потребовалось бы занять под посевы, чтобы удовлетворить потребности США в природном газе. Так что гигантомания "зеленой энергетики" - вещь вынужденная.

Возможно, будут созданы новые виды растений с высокими КПД - либо обычными методами селекции, либо же граничащими с фантастикой приемами генетической инженерии. Тогда акции "молодого угля" значительно возрастут.

Да и потребности людей будут лучше удовлетворяться. Сейчас из энергии, ежегодно накапливаемой растениями, примерно полпроцента попадает в наши тарелки в виде пищи. Немного, хотелось бы больше.

Отчего же мал КПД? И на этот вопрос ответ нам уже известен. Главное здесь то, что функционирующее растение "думает" главным образом о себе, а не о человеке. Забот у него много: капризы погоды, недостаток влаги, трудности с минеральным питанием, вредители, низкая концентрация углекислого газа в атмосфере и так далее, а природа велит выжить и дать потомство.

Растение - это сложное целое, и его реакции на окружающий мир довольно прихотливы. Вспомните: половина солнечного спектра бесполезна для растений, потому что их пигменты поглощают лучи только определенной длины ©олкы. Затем: растения на свету, как недавно обнаружилось, усиленно дышат (фотодыхание - процесс, отличный от ранее известного дыхания растений в темноте). И на фото дыхание они тратят примерно половину всей запасаемой энергии (исключая некоторые тропические злаки, у них расточительное фотодыхание отсутствует, но подобных растений меньшинство).

Странным является и отношение растений к интенсивности света. Интенсивность мала - низка и продуктивность растений. Но столь же опасен для них и прямой свет.

Процесс фотосинтеза замирает, хлоропласты буквально прячутся от яркого света, используя своеобразный механизм "самозатенения".

Вот и получается в итоге, что КПД растений мал и, видимо, принципиально не может быть иным. Когда ограничительных стадий в процессе очень много, обязательно найдется одна, которая будет тормозить весь ход механизма в целом.

Поток энергии от Солнца через растения к животным

Как же быть? Как, следуя примеру растений, поставить себе на службу даровую энергию Солнца? Очевидно, необходим новый взгляд на вещи. Иная точка зрения. Ее в последние годы неустанно пропагандирует лауреат Нобелевской премии академик Н. Н. Семенов.

Каждая клетка, говорит он, представляет собой миниатюрный химико-энергетический завод со множеством специальных цехов. Природа устроила этот минизавод с таким совершенством, к которому мы на наших заводах еще только стремимся. И на первый взгляд кажется, что использовать такой сложный механизм нереально.

Но вот тут-то и кроется ошибка. Дело в том, что в живом организме все взаимосвязано. И каждый элемент в той же клетке действует, так сказать, с оглядкой (обратные связи) на другие узлы. Но если мы захотим вне организма осуществить какую-либо одну функцию (например, получить определенное вещество, которое синтезируется в организме), то задача может значительно упроститься.

Не копируя природу, но используя некоторые ее принципы, человек сможет со временем в гораздо более простом виде реализовать любой химический процесс, идущий в живых системах, И тогда химическая технология претерпит подлинную революцию.

(Но прежде, конечно, ученые, подобно известному Сальери, должны "поверить алгеброй гармонию", разъяв природу, в частности растение, на отдельные слагаемые.)

Этот новый подход к вещам академик Н. Н. Семенов назвал химической бионикой. Одна из первоочередных ее задач - фоторазложение воды в целях получения ценнейшего топлива - водорода. И сделать это хотелось бы методами, схожими с теми, которыми пользуются растения.