دستگاه فتوسنتز مصنوعی ابداع شد - یادداشت سریع

به گزارش خبرنگاران و به نقل از گیزمگ، توانایی بازسازی و تقویت روند فتوسنتز که گیاهان نور خورشید را به سوخت های قابل استفاده تبدیل می نمایند، به معنای دستاوردی بزرگ برای پیگیری انرژی تجدیدپذیر است.

محققان سراسر دنیا این اواخر به پیشرفت های زیادی در این زمینه دست یافته اند، اما یک گروه از محققان دانشگاه کمبریج می گویند که می توانند نتایج بهتری را با فعال سازی مجدد یک مکانیزم طبیعی که طی میلیاردها سال فرگشت گیاه از بین رفته، فراوری نمایند.

گیاهان در طبیعت، نور خورشید، کربن دی اکسید و آب را به کربوهیدرات ها، پروتئین ها و چربی ها تبدیل می نمایند تا با اکسیژنی که به عنوان یک محصول جانبی فراوری می گردد، بقای خود را تضمین نمایند.

سیستم های فتوسنتز مصنوعی تجربی که شامل برگ های مصنوعی و سلول های فوتوالکتروشیمیایی الهام گرفته از پروانه می باشند، از سلول های خورشیدی پیشرفته برای تجزیه آب به اکسیژن و هیدروژن استفاده می نمایند که می تواند به لحاظ نظری به یک سلول سوختی تبدیل و برای فراوری برق استفاده گردد.

مشکل این است که کاتالیزورهای مورد احتیاج برای راه اندازی این فرآیند، اغلب از موادی هستند که گران و سمی هستند. این بدان معنی است که آنها می توانند به عنوان تکنولوژی های مدرن مفهومی در آزمایشگاه کار نمایند، اما زمانی که دانشمندان کوشش می نمایند آن را به استفاده صنعتی نزدیک نمایند، مشکل ساز می شوند.

دانشمندان دانشگاه کمبریج در حال توسعه چیزی هستند که به عنوان فتوسنتز نیمه مصنوعی شناخته می گردد. همانطور که از نام آن برمی آید، این تکنیک از اجزای ساخته انسان بهره می جوید و آنها را با اجزای طبیعی برای فراوری نتایج بهتر ترکیب می نماید.

در این مورد، این مولفه های طبیعی شامل مکانیزم های بیولوژیکی هستند که از طریق فرگشت به دلیل انرژی اضافی ایجاد گردیده توسط گیاهان از بین رفته اند.

کاتارزینا سوکول نویسنده اول این مطالعه می گوید: فتوسنتز طبیعی، کارآمد نیست، زیرا تنها برای زنده ماندن فرگشت یافته است. بنابراین حداقل مقدار انرژی مورد احتیاج یعنی حدود 1 تا 2 درصد از آنچه که می تواند به طور بالقوه تبدیل و ذخیره گردد، فراوری می گردد.

سوکول و گروهش یک سلول فوتوالکتریک توسعه داده اند که سیستم فتوسنتز جذب نور قرمز و آبی را با آنزیم هیدروژناز(Hydrogenase)، آنزیمی که در جلبک ها با خواص فتوسنتز یافت می گردد، متصل می نماید. این ترکیب از عوارض جانبی سمی استفاده از کاتالیزور مصنوعی اجتناب می نماید و منجر به نتایجی امیدوار نماینده می گردد.

سوکول می گوید: هیدروژناز یک آنزیم موجود در جلبک است که قادر به کاهش پروتون ها در هیدروژن است. این فرآیند طی روند فرگشت غیرفعال گردیده است، زیرا برای بقای گیاه ضروری نیست، اما ما موفق شدیم از آن برای دستیابی به واکنشی که می خواستیم، یعنی تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده کنیم.

همانند دیگر کارها در این زمینه، سیستم ابداعی محققان دانشگاه کمبریج در حال حاضر یک اثبات مفهومی است، اما محققان می گویند که دستگاه های فعلی را با توجه به مقدار انرژی فراوری گردیده و ذخیره گردیده و نیز جذب بیشتر نور خورشید از فتوسنتز طبیعی، بهبود می بخشد.

سوکول می گوید: هیجان انگیز است که ما می توانیم به طور انتخابی فرآیندهایی را که می خواهیم انتخاب کنیم و واکنش هایی را که می خواهیم و در طبیعت غیرقابل دسترس است، به دست آوریم. این می تواند یک پلتفرم عالی برای توسعه فناوری های خورشیدی باشد.

وی اضافه کرد: این رویکرد می تواند مورد استفاده قرار گیرد تا با واکنش های دیگر مرتبط گردد تا ببینیم چه چیزی می تواند انجام گردد، این واکنش ها را آنالیز کنیم و سپس قطعات مصنوعی و قوی تری را برای فناوری انرژی خورشیدی فراوری کنیم.

این تحقیق در مجله Nature Energy منتشر شد.