Nauka
Ewolucja AI i kolejny przełom. Algorytmy mają intuicję
10 grudnia 2024
Co to jest fotosynteza?
Fotosynteza to proces biochemiczny, w którym rośliny, glony i niektóre bakterie przekształcają energię słoneczną w energię chemiczną, magazynowaną następnie w postaci glukozy. W procesie tym wykorzystują dwutlenek węgla i wodę, a produktem ubocznym jest tlen. Jak to się dzieje, że rośliny pochłaniają światło? Odpowiada za to chlorofil, znajdujący się w ich komórkach. Fotosynteza przebiega w dwóch etapach: fazie jasnej, podczas której energia świetlna zostaje przekształcona w energię chemiczną, oraz fazie ciemnej, w której syntetyzowane są cukry. Jest ona fundamentem życia na naszej planecie. Dzięki niej rośliny produkują tlen niezbędny do oddychania ludzi i zwierząt, a także dostarczają energii chemicznej, która napędza niemal wszystkie ekosystemy. Sztuczna fotosynteza zmieniłaby zatem wszystko. Od funkcjonowania branży energetycznej do sposobu, w jaki wytwarzamy prąd elektryczny.
Polecamy: Fotosynteza bez światła? Naukowcy odkryli zjawisko produkcji tlenu na dnie oceanu
Dążenia naukowców do stworzenia sztucznej fotosyntezy
Naukowcy intensywnie pracują nad opracowaniem sztucznej fotosyntezy, która naśladowałaby naturalny proces przekształcania energii słonecznej w paliwa chemiczne, takie jak wodór. Celem jest stworzenie wydajnych systemów, które zmniejszą naszą zależność od paliw kopalnych i ograniczą emisję gazów cieplarnianych. Ogromny krok w tym kierunku poczynili naukowcy z Korei Południowej.
Zespół badawczy z Instytutu Nauki i Techniki Daegu Gyeongbuk oraz Uniwersytetu Kyungpook opracował technologię nowej generacji do produkcji ekologicznego wodoru. Wyniki tych przełomowych badań opublikowano w czasopiśmie Angewandte Chemie International Edition.
Prof. Chiyoung Park stworzył nowatorską technologię łączącą zaawansowane nanomateriały z procesami naturalnymi. Dzięki niej możliwe stało się wytwarzanie wodoru przy użyciu energii słonecznej. W projekcie, prowadzonym wspólnie z prof. Hyojung Cha z Narodowego Uniwersytetu Kyungpook, zastosowano specjalne nanomateriały. Bazują one na polimerach metalowo-polifenolowych, które precyzyjnie kontrolują właściwości fluorescencyjne barwników.
Dzięki tym badaniom naukowcy lepiej zrozumieli, jak barwniki pochłaniają światło i przenoszą energię – a jest to kluczowy mechanizm w procesie wytwarzania wodoru. Stworzony system wykorzystuje bakterie z enzymami wodorowymi, które w połączeniu z energią słoneczną produkują biowodór.
Polecamy: HOLISTIC NEWS: Odkrywamy tajemnice snu. Naukowcy wyjaśniają rolę marzeń sennych #obserwacje
Nowatorskie rozwiązania technologiczne
Zespół prof. Parka zaprojektował zaawansowany fotokatalizator, główny element systemu sztucznej fotosyntezy. Urządzenie to działa podobnie jak chlorofil w roślinach, przenosząc elektrony podczas reakcji chemicznych. W tym celu zmodyfikowano fluorescencyjny barwnik rodaminę, nadając mu strukturę amfifilową, składającą się z części hydrofilowej, rozpuszczalnej w wodzie, oraz hydrofobowej, lepiej łączącej się z tłuszczami.
Naukowcy zastosowali w katalizatorze nanopowłokę opartą na kwasie taninowym. Substancja ta występuje w roślinach takich jak herbata, winogrona, orzechy czy kora drzew. Dzięki zdolności do tworzenia powłok i wiązań z metalami kwas ten umożliwia produkcję wytrzymałych i funkcjonalnych materiałów.
W rezultacie udało się osiągnąć imponujący wynik: 18,4 milimola wodoru na godzinę z każdego grama katalizatora w świetle widzialnym. To aż 5,6 razy więcej niż w poprzednich eksperymentach z użyciem tego materiału.
Dodatkowo naukowcy połączyli nowo opracowany barwnik z bakterią Shewanella oneidensis MR-1, która przenosi elektrony. Powstały w ten sposób system biokompozytowy przekształca kwas askorbinowy (witaminę C) w wodór przy użyciu światła słonecznego. System działał stabilnie przez długi czas, wykazując zdolność do ciągłej produkcji wodoru.
„Badanie to stanowi ważne osiągnięcie, które ujawnia specyficzne mechanizmy barwników organicznych i sztucznej fotosyntezy. W przyszłości chciałbym przeprowadzić dalsze badania nad nowymi systemami opartymi na chemii supramolekularnej, łącząc funkcjonalne mikroorganizmy i nowe materiały” – powiedział prof. Park.
Polecamy: Odsalanie wody morskiej będzie tańsze. Naukowców zainspirowały drzewa
