בעזרת חומרים חדשים מבוצעת פוטוסינתזה מלאכותית

שיטה חדשה תהיה חשובה מאוד להשגת אנרגיה

אולי שמעת על התהליך שבו צמחים ואורגניזמים אחרים הופכים את אור השמש לאנרגיה כימית. הודות לפוטוסינתזה, תהליך בו צמחים או אצות משחררים חמצן (O 2) וצורכים פחמן דו חמצני (CO 2), החיים על פני כדור הארץ ממשיכים להתקיים. אך מה אם נוכל לשחזר באופן מלאכותי שיטה טבעית כזו להשגת אנרגיה?

קבוצת חוקרים מהמכון לכימיה (IQ) מאוניברסיטת קמפינאס (יוניקמפ) המדינית פיתחה חומרים בקנה מידה ננומטרי (חלק מיליארד מטר) כדי לנסות לבצע פוטוסינתזה באופן מלאכותי, במטרה העיקרית לייצר אנרגיה.

"בהתבסס על הידע הקיים במערכת הפוטוסינתזה הטבעית שמבוצעת על ידי צמחים, אנו מנסים לשחזר את הנקודות החיוניות לתפקוד הפוטוסינתטי בחומרים מלאכותיים, לאנרגיה חשמלית או אפילו לדלק מאנרגיה סולארית", אמר ג'קסון דירסו מגיאטו ג'וניור, פרופסור. מנת המשכל של יוניקמפ, לאגנסיה FAPESP.

רעיון הפוטוסינתזה המלאכותית החל בראשית המאה העשרים, אך זה נחשב אפשרי רק לפני מספר שנים, עם כמה התקדמות מדעית שאפשרה, במעבדה, להשתמש באנרגיה סולארית ובמים לייצור גזי מימן וחמצן, על פי הבמאי מגיאטו. .

מבין החידושים, אולי העיקריים שבהם הם חומרי הזרז המאיצים את התגובות כאשר הם מופעלים על ידי אנרגיית השמש, ושוברים את מולקולות המים למימן וחמצן.

כמו כן פותחו פאנלים סולאריים מסיליקון, מה שפתח נקודת מבט של חיבור חומרים פוטואקטיביים אלה לתאי דלק קונבנציונליים - תאים אלקטרוכימיים הממירים אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית על ידי שילוב גזי מימן וחמצן ליצירת מולקולות מים שוב. לדברי דירסו מגיאטו, האתגר הוא לחבר את החומרים לתא דלק. "אם נצליח להשתמש במימן ובחמצן שמייצרים חומרים חדשים בתא דלק, ניתן יהיה לייצר שוב מים וחשמל ולסגור את מעגל ביצוע הפוטוסינתזה המלאכותית", אמר.

עם זאת, ישנן כמה נקודות שליליות בשימוש בפלטת סיליקון כחומר לפוטוסינתזה: עלויות גבוהות וטיפול קשה להשגת הטוהר הרצוי.

אלטרנטיבה לסיליקון

אלטרנטיבה של חומר טבעי חיפשה לייצור פוטוסינתזה מלאכותית, שכן פאנלים סולאריים מסיליקון לא היו אפשריים באותה עת. מנת המשכל של יוניקamp חיפשה אלטרנטיבה זו באופיה. אין זרז טוב יותר מאשר כלורופיל, פיגמנט שמלבד מתן צבע ירוק, משמש באופן טבעי גם צמחים לצורך פוטוסינתזה. "מולקולות אלה הן הדרך החוצה לטפל בקליטת אנרגיית השמש. תהליך הסינתזה הכימית שלהם, לעומת זאת, קשה ויקר ", הגיב מגיאטו.

לכן נוצר כלורופיל מלאכותי, הנקרא פורפירין. קל יותר לשימוש ויש לו יציבות כימית שכלורופיל טבעי אינו מציע.

"כאשר חומרים אלה מחוברים לזרזים, הם הוכיחו כי הם מבטיחים מאוד להפיכת אנרגיית השמש לאנרגיה כימית באמצעות חמצון של מולקולות מים, אך כרגע הם נלמדים רק בתמיסה מימית ולא במכשיר פוטוסינתטי. אמיתי, ”אמרה מגיאטו.

כעת המטרה היא ליצור סרט פולימרי פוטו אקטיבי עם המולקולות שנוצרו, על מנת לפתח חומר מוצק ולהפקיד אותם על לוחות מתכתיים ומוליכים למחצה (אלקטרודות), הדרושים לתפקוד של תא סולארי.

"ניתן ליישם את הידע שנרכש בפרויקט זה גם במחקר חקלאי כדי להגדיל את תפוקת הצמחים המשמשים לייצור דלקים ביולוגיים", סיכם מגיאטו.

מקור: Agência Fapesp