Onderzoekers gebruikten semi-kunstmatige fotosynthese om zonne-energie te creëren

Een van de meer langdurige inspanningen om niet alleen meer hernieuwbare energie te ontwikkelen, maar ook om de klimaatverandering te helpen verminderen door kooldioxide uit de atmosfeer te verwijderen, is een proces dat kunstmatige fotosynthese wordt genoemd. Zoals de naam doet vermoeden, omvat dit veld inspanningen om te doen wat planten - watermoleculen splitsen in energie-schenkende waterstof en ademende zuurstof met behulp van natuurlijk zonlicht - onszelf op een manier die energie-efficiënter is.

Als wetenschappers kunnen achterhalen hoe ze het proces waarin planten klimaat-opwarmende CO2 omzetten in schone energie recreëren, kunnen we theoretisch onbeperkte schone energie ontwikkelen, niet alleen voor mensen hier op planeet Aarde, maar ook voor de mensen die (hopelijk) op een dag zullen zijn schone lucht en energie nodig hebben om leefbare structuren in de ruimte te verkennen en te ontwikkelen. Het is een ambitie die minstens dateert uit 1912 Wetenschap papier, maar er zijn obstakels geweest, namelijk dat het het gebruik van dure, vaak vervuilende katalysatoren vereist.

Gelukkig zegt een groep onderzoekers van het St. John's College van de universiteit van Cambridge dat ze misschien een oplossing hebben ontdekt door met succes de zuurstof- en waterstofmoleculen in water te splitsen met behulp van een mix van natuurlijke processen en door de mens gemaakte technologieën. Het is een proces dat ze semi-kunstmatige fotosynthese noemen en ze zeggen dat het de ontwikkeling van hernieuwbare energie kan helpen veranderen. Hun bevindingen werden maandag gepubliceerd Natuur.

"Natuurlijke fotosynthese kan worden beschouwd als de biologische blauwdruk voor de omzetting van zonne-energie in chemische energie en zonnebrandstoffen," verklaarde de eerste auteur Katarzyna Sokó in een e-mail aan omgekeerde. "In vergelijking met de natuurlijke fotosynthese maakt dit nieuwe systeem efficiënter gebruik van het spectrum van zonnelicht, levert het hoge conversierendementen en gaat het langs verschillende concurrerende metabole routes, wat niet haalbaar is met alleen synthetische biologie of materiaalkunde."

Wat is semi-kunstmatige fotosynthese?

Semi-kunstmatige fotosynthese is een relatief nieuw onderzoeksgebied dat probeert de fotosynthese opnieuw te creëren met behulp van een mix van synthetische biologie en materiaalkunde met het oog op toepassingen voor hernieuwbare energie. De Cambridge-studie concentreerde zich op een enzym in algen genaamd Hydrogenase, dat waterstof en watermoleculen splitste in een proces dat op natuurlijke wijze stopte omdat het niet langer nodig is voor de overleving van algen.

"Ons werk … biedt de toolbox voor de ontwikkeling van toekomstige semi-kunstmatige systemen voor energieconversie en voor het opnieuw bedraden van andere fotosyntheseroutes," voegde Sokó eraan toe. "De semi-kunstmatige tandemsysteemtoepassing zou bijvoorbeeld verder kunnen worden uitgebreid dan de watersplitsingsreactie om een ​​breed scala aan reacties te fotokateren, zoals de omzetting van het broeikasgas, CO2 in een brandstof."

Voor nu is het apparaat slechts een proof of concept. Sokó legde uit dat het "relatief te kwetsbaar" is voor industriële toepassingen. De meest hartelijke afhaalmaaltijd, zei ze, zou het feit kunnen zijn dat zoveel verschillende onderzoekers met zulke enorm verschillende expertises in staat waren om samen te werken aan het oplossen van zo'n belangrijk probleem.

"Het was verrassend uitdagend hoeveel verschillende multidisciplinaire gebieden en expertisegebieden nodig waren om dit systeem te ontwikkelen, inclusief materiaalkunde, nanotechnologie, anorganische chemie, synthetische chemie en biochemie," zei ze."Het kostte vele jaren van onderzoek en samenwerking om voldoende kennis te vergaren."

Onderzoekers zien dergelijke innovaties als essentieel, niet alleen om te zorgen voor een toekomst voor hernieuwbare energie, maar ook om ervoor te zorgen dat ruimtevaartuigen van de toekomst over grote afstanden kunnen reizen. Al in juli produceerde een internationale groep wetenschappers een paper over het uitvoeren van experimenten met foto-elektrische experimenten in omgevingen zonder zwaartekracht.

Het doel van dat project is te zoeken naar manieren waarop onderzoekers experimenten zoals die van het Cambridge-team kunnen uitvoeren, maar dan in de ruimte.

Aanvullende rapportage door Sarah Sloat.