Konstgjorda löv härmar fotosyntes - den process där växter använder vatten och koldioxid från luften för att producera kolhydrater med energi från solen. Men även toppmoderna konstgjorda löv, som lovar att minska koldioxiden från atmosfären, arbetar bara i laboratoriet eftersom de använder ren, trycksatt koldioxid från tankar.

Men nu, forskare från University of Illinois i Chicago har föreslagit en designlösning som kan föra ut konstgjorda löv från labbet och in i miljön. Deras förbättrade blad, som skulle använda koldioxid - en potent växthusgas - från luften, skulle vara minst 10 gånger effektivare än naturliga löv när det gäller att omvandla koldioxid till bränsle. Deras resultat rapporteras i tidskriften ACS Sustainable Chemistry &Engineering .

"Än så länge, alla konstruktioner för konstgjorda löv som har testats i labbet använder koldioxid från trycksatta tankar. För att framgångsrikt implementera i den verkliga världen, dessa enheter måste kunna dra koldioxid från mycket mer utspädda källor, som luft och rökgaser, vilket är den gas som avges från koleldade kraftverk, sa Meenesh Singh, biträdande professor i kemiteknik vid UIC College of Engineering och motsvarande författare på tidningen.

Att lossa den trycksatta koldioxidtillförseln från dessa löv innebär att de måste ha ett sätt att samla upp och koncentrera koldioxid från luften för att driva sina artificiella fotosyntetiska reaktioner.

Singh och hans kollega Aditya Prajapati, en doktorand i sitt labb, föreslog att lösa detta problem genom att kapsla in ett traditionellt konstgjort blad inuti en transparent kapsel gjord av ett semipermeabelt membran av kvartärt ammoniumharts och fylld med vatten. Membranet tillåter vatten inifrån att avdunsta ut när det värms upp av solljus. När vatten passerar ut genom membranet, den drar selektivt in koldioxid från luften. Den artificiella fotosyntetiska enheten inuti kapseln består av en ljusabsorbator belagd med katalysatorer som omvandlar koldioxiden till kolmonoxid, som kan sugas av och användas som grund för skapandet av olika syntetiska bränslen. Syre produceras också och kan antingen samlas upp eller släppas ut i den omgivande miljön.

"Genom att omsluta traditionell konstgjord lövteknologi inuti detta specialiserade membran, hela enheten kan fungera utomhus, som ett naturligt löv, " sa Singh.

Enligt deras beräkningar, 360 blad, var och en 1,7 meter lång och 0,2 meter bred, skulle producera nära ett halvt ton kolmonoxid per dag som skulle kunna användas som grund för syntetiska bränslen. Trehundrasextio av dessa konstgjorda löv som täcker en 500 kvadratmeter stor yta skulle kunna minska koldioxidnivåerna med 10 procent i den omgivande luften inom 100 meter från arrayen på en dag.

"Vår konceptuella design använder lättillgängliga material och teknik, att när de kombineras kan producera ett konstgjort blad som är redo att användas utanför labbet där det kan spela en betydande roll för att minska växthusgaserna i atmosfären, " sa Singh.