Rastnile so ključne za celoten planet in zmorejo nekaj, česar ljudem kljub vsej tehnologiji še ni uspelo poustvariti – iz svetlobe, vode in ogljikovega dioksida ustvarjajo energijsko bogate organske molekule.
Fotosinteza je osupljiv naravni proces, ki omogoča življenje na Zemlji, saj proizvaja kisik in organske spojine, ki hranijo vsa živa bitja. Že desetletja si znanstveniki prizadevajo posnemati ta čudež narave in razviti umetno fotosintezo, ki bi lahko popolnoma spremenila način, na katerega pridobivamo energijo. Zdi se, da so raziskovalci zdaj naredili pomemben korak in se približali temu cilju.
Naravni cikel ogljika
Rastline zajamejo sončno svetlobo in jo uporabijo za pretvorbo ogljikovega dioksida v sladkorje, ki hranijo energijo – proces imenujemo fotosinteza. Od fotosinteze niso odvisne le rastline, temveč skoraj vse oblike življenja na Zemlji. Rastline, živali in ljudje uporabimo shranjeno energijo v procesih, ki te sladkorje razgradijo nazaj v ogljikov dioksid. Ogljikov dioksid se vrne v atmosfero in s tem je naravni cikel ogljika sklenjen.
Čista goriva prihodnosti
Znanstveniki si želijo isti princip uporabiti za proizvodnjo čistih goriv. Če bi lahko uspešno posnemali rastline, ki za pretvorbo uporabijo svetlobo, bi lahko energijsko bogate spojine proizvajali neposredno s pomočjo sončne svetlobe.
Med potencialnimi kandidati za novodobna »solarna goriva« so vodik, metanol in sintetični bencin. Pri njihovem zgorevanju bi se v ozračje sprostilo le toliko ogljikovega dioksida, kot se ga je na začetku porabilo za njihovo proizvodnjo. Celoten proces bi bil torej ogljično nevtralen.
Potrebujemo molekule, ki hranijo naboj
Ključni korak pri pretvorbi sončne svetlobe v uporabno kemično energijo je začasno shranjevanje več nabojev hkrati. Shranjeni naboj nato lahko sproži reakcije, kot je cepljenje vode v vodik in kisik. Švicarski znanstveniki so po vzoru rastlin ustvarili molekulo, ki lahko posnema fotosintezo – ko je izpostavljena svetlobi, lahko shrani štiri naboje: dva pozitivna in dva negativna.
Dva bliska, štirje naboji
Nova molekula, opisana v znanstveni reviji Nature Chemistry, je zgrajena iz petih komponent in vsaka med njimi ima svojo vlogo. Na enem koncu dva dela sprostita elektrone in pri tem postaneta pozitivno nabita. Na drugem koncu druga dva dela absorbirata elektrone in se nabijeta negativno.
V središče so raziskovalci postavili enoto, občutljivo na svetlobo, ki shrani sončno energijo in sproži prenos elektronov. Da nastanejo štirje naboji, sta potrebna dva svetlobna bliska. Pri sproži reakcijo, pri kateri se ustvari en pozitivni in en negativni naboj. Ta naboja potujeta navzven proti nasprotnim koncem molekule. Z drugim svetlobnim bliskom se reakcija ponovi, zato molekula konča z dvema pozitivnima in dvema negativnima nabojema.
Deluje celo pri šibki svetlobi
Ravno mehanizem v dveh korakih omogoča, da reakcija deluje pri dosti šibkejši svetlobi kot bi bilo mogoče sicer. S tem se znanost počasi približuje intenziteti običajne sončne svetlobe. Predhodni poskusi in raziskave so namreč zahtevali izjemno močne laserje, kar za umetno fotosintezo ne pride v poštev.
Poleg tega so naboji v molekuli dovolj stabilni, da se lahko uporabijo v nadaljnjih kemijskih reakcijah. Kljub velikemu preboju nova molekula še ne predstavlja funkcionalnega fotosinteznega sistema. Gre le za pomemben košček uganke, ki ga je znanstvenikom pred kratkim uspelo razvozlati in uporabiti. Ugotovitve raziskave močno pripomorejo k razumevanju prenosa elektronov, ki pri umetni fotosintezi predstavlja ključni problem.
Novinar
