Manusia dapat melakukan banyak hal yang tidak dapat dilakukan oleh tumbuhan. Kita bisa berjalan-jalan, kita bisa bicara, kita bisa mendengar dan melihat dan menyentuh. Tetapi tanaman memiliki satu keunggulan utama dibandingkan manusia: Mereka dapat mengambil energi langsung dari matahari.
Proses mengubah sinar matahari secara langsung menjadi energi yang dapat digunakan—disebut fotosintesis—mungkin segera menjadi prestasi yang dapat ditiru manusia untuk memanfaatkan energi matahari untuk bahan bakar yang bersih, dapat disimpan, dan efisien. Jika demikian, itu bisa membuka perbatasan baru energi bersih. Energi yang cukup mengenai bumi dalam bentuk sinar matahari dalam satu jam untuk memenuhi semua kebutuhan energi peradaban manusia selama satu tahun penuh.
Tenaga angin dan tenaga surya, yang dimanfaatkan oleh sel fotovoltaik, adalah dua bentuk utama energi bersih yang tersedia. Menambahkan ketiga—sintetis fotosintesis—akan secara dramatis mengubah lanskap energi terbarukan. Kemampuan untuk menyimpan energi dengan mudah, tanpa memerlukan baterai yang besar, akan secara dramatis meningkatkan kemampuan manusia untuk menggerakkan masyarakat secara bersih dan efisien.
Baik turbin angin dan fotovoltaik memiliki kelemahan dalam hal efek lingkungan dan faktor rumit.
Para peneliti di seluruh dunia bekerja sangat keras untuk mencoba menghasilkan energi yang dapat diakses. Energi yang bersih dan berkelanjutan yang dapat kita ciptakan dengan unsur-unsur yang tidak beracun dan mudah didapat. Fotosintesis buatan adalah jalan ke depan.
Fotosintesis adalah tarian kompleks dari proses dimana tanaman mengubah cahaya matahari dan molekul air menjadi energi yang dapat digunakan dalam bentuk glukosa. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan pigmen, biasanya klorofil yang terkenal, serta protein, enzim, dan logam.
Proses yang paling mirip dengan fotosintesis buatan yang dilakukan manusia saat ini adalah fotovoltaik teknologi, di mana sel surya mengubah energi matahari menjadi listrik. Proses tersebut terkenal tidak efisien karena hanya mampu menangkap sekitar 20% energi matahari. Sebaliknya, fotosintesis jauh lebih efisien; ia mampu menyimpan 60% energi matahari sebagai energi kimia dalam biomolekul terkait.
Efisiensi sel fotovoltaik sederhana—panel surya—dibatasi oleh kemampuan semikonduktor untuk menyerap energi cahaya dan oleh kemampuan sel untuk menghasilkan daya. Batas itu adalah sesuatu yang bisa dilampaui oleh para ilmuwan dengan fotosintesis sintetik.
Dengan fotosintesis buatan, tidak ada batasan fisik yang mendasar. Anda dapat dengan mudah membayangkan sistem yang 60% efisien karena kita sudah memiliki preseden dalam fotosintesis alami. Dan jika kita menjadi sangat ambisius, kita bahkan dapat membayangkan sistem dengan efisiensi hingga 80%.
Fotosintesis sangat efisien dalam hal pemisahan air, langkah pertama fotosintesis buatan. Protein fotosistem II pada tumbuhan melakukan ini seribu kali per detik. Berkedip, dan selesai.
Kelompok peneliti meniru proses dengan membangun analog daun buatan mereka sendiri yang mengumpulkan cahaya dan memecah molekul air untuk menghasilkan hidrogen. Hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar dengan sendirinya melalui sel bahan bakar atau ditambahkan ke bahan bakar lain seperti gas alam, atau dibangun ke dalam sel bahan bakar untuk memberi daya pada segala sesuatu mulai dari kendaraan hingga rumah hingga perangkat elektronik kecil, laboratorium, dan rumah sakit.
Para ilmuwan bereksperimen di laboratorium dengan protein fotosistem II alami dan kombinasi katalis sintetik dalam upaya untuk memahami apa yang paling berhasil—dan mengapa. Mereka juga memprioritaskan penggunaan senyawa dan bahan kimia yang tersedia berlimpah di Bumi, mudah diakses, dan tidak beracun bagi planet ini.
Kemajuan dalam fotosintesis buatan rumit, meskipun, oleh fakta bahwa fotosintesis begitu beragam, fakta yang dikeluhkan oleh siswa biokimia di mana-mana.
Reaksinya sangat kompleks. Kimia pemisahan molekul air sangat rumit dan sulit.
Para ilmuwan telah mengerjakan fotosintesis buatan sejak tahun 1970-an. Itu waktu yang lama, tetapi tidak ketika Anda ingat bahwa fotosintesis membutuhkan waktu jutaan tahun untuk berevolusi. Tidak hanya itu, para ilmuwan percaya bahwa, tidak seperti penerbangan, komunikasi, atau kecerdasan, fotosintesis hanya berevolusi sekali—sekitar 3 miliar tahun yang lalu, hanya sekitar 1.5 miliar tahun sejak keberadaan Bumi.
Tim berpendapat bahwa dalam 10-15 tahun ke depan, akan ada kemajuan yang cukup untuk komersial itu buatan sistem fotosintesis mungkin mulai online.