Bitkilerin yapamadığını insanlar yapabiliyor. Etrafta dolaşabiliyoruz, konuşabiliyoruz, duyabiliyoruz, görebiliyoruz ve dokunabiliyoruz. Ancak bitkilerin insanlara göre çok büyük bir avantajı var: Enerjisini doğrudan güneşten alabilmeleri.
Güneş ışığını doğrudan kullanılabilir enerjiye dönüştürme süreci (fotosentez adı verilen), yakında insanların temiz, depolanabilir, verimli yakıt için güneş enerjisinden faydalanmak için taklit edebileceği bir başarı olabilir. Eğer öyleyse, temiz enerjide yepyeni bir ufuk açabilir. İnsan uygarlığının bir yıl boyunca tüm enerji ihtiyacını karşılamaya yetecek kadar enerji, bir saat içinde güneş ışığı şeklinde yeryüzüne çarpıyor.
Fotovoltaik hücreler tarafından kullanılan rüzgar enerjisi ve güneş enerjisi, mevcut iki ana temiz enerji biçimidir. Üçüncüsü olan sentetik fotosentezin eklenmesi, yenilenebilir enerji ortamını önemli ölçüde değiştirecektir. Hacimli pillere ihtiyaç duymadan enerjiyi kolayca depolayabilme yeteneği, insanların topluma temiz ve verimli bir şekilde enerji sağlama yeteneğini önemli ölçüde artıracaktır.
Hem rüzgar türbinlerinin hem de fotovoltaiklerin çevresel etkiler ve karmaşık faktörler açısından olumsuz yönleri vardır.
Dünyanın her yerindeki araştırmacılar erişilebilir enerjiyi bulmak için inanılmaz derecede sıkı çalışıyorlar. Toksik olmayan, kolayca bulunabilen elementlerle yaratabileceğimiz temiz ve sürdürülebilir enerji. Yapay fotosentez ileriye giden yoldur.
Fotosentez, bitkilerin güneş ışığını ve su moleküllerini glikoz formunda kullanılabilir enerjiye dönüştürdüğü karmaşık bir süreç dansıdır. Bunu yapmak için genellikle ünlü klorofil olan bir pigmentin yanı sıra proteinler, enzimler ve metaller kullanırlar.
Günümüzde insanların sahip olduğu yapay fotosenteze en yakın süreç fotovoltaiktir. teknolojiBurada bir güneş pili güneş enerjisini elektriğe dönüştürür. Bu sürecin verimsiz olduğu biliniyor ve güneş enerjisinin yalnızca %20'sini yakalayabiliyor. Öte yandan fotosentez radikal biçimde daha verimlidir; Güneş enerjisinin %60'ını ilgili biyomoleküllerde kimyasal enerji olarak depolayabilme kapasitesine sahiptir.
Basit fotovoltaik hücrelerin (güneş panelleri) verimliliği, yarı iletkenlerin ışık enerjisini absorbe etme yeteneği ve hücrenin güç üretme yeteneği ile sınırlıdır. Bu sınır, bilim adamlarının sentetik fotosentezle aşabileceği bir sınırdır.
Yapay fotosentezde temel fiziksel sınırlamalar yoktur. %60 verimli bir sistemi kolaylıkla hayal edebilirsiniz çünkü doğal fotosentezde zaten bir örneğimiz var. Ve eğer çok iddialı olursak, %80'e varan verimliliğe sahip bir sistemi bile tasavvur edebiliriz.
Yapay fotosentezin ilk adımı olan suyun bölünmesi söz konusu olduğunda fotosentez son derece verimlidir. Bitkilerdeki Photosystems II proteinleri bunu saniyede bin kez yapar. Göz kırp ve bitti.
Araştırma grubu, ışığı toplayan ve hidrojen üretmek için su moleküllerini bölen kendi yapay yaprak analoglarını oluşturarak süreci taklit ediyor. Hidrojen, yakıt hücreleri aracılığıyla tek başına yakıt olarak kullanılabilir veya doğal gaz gibi diğer yakıtlara eklenebilir veya araçlardan evlere, küçük elektronik cihazlara, laboratuvarlara ve hastanelere kadar her şeye güç sağlamak için yakıt hücrelerine yerleştirilebilir.
Bilim insanları neyin en iyi işe yaradığını ve nedenini anlamak için doğal fotosistem II proteinleri ve sentetik katalizör kombinasyonları üzerinde laboratuvar deneyleri yapıyor. Ayrıca Dünya'da bol miktarda bulunan, kolayca erişilebilen ve gezegen için toksik olmayan bileşiklerin ve kimyasalların kullanılmasına da öncelik veriyorlar.
Yapay fotosentezdeki ilerleme, fotosentezin çok yönlü olması nedeniyle karmaşıktır; bu, dünyanın her yerindeki biyokimya öğrencilerinin yakındığı bir gerçektir.
Reaksiyon çok karmaşıktır. Su moleküllerinin parçalanmasının kimyası son derece karmaşık ve zordur.
Bilim insanları 1970'li yıllardan bu yana yapay fotosentez üzerinde çalışıyor. Bu uzun bir zaman ama fotosentezin gelişmesinin milyonlarca yıl sürdüğünü hatırladığınız zaman değil. Sadece bu da değil, bilim adamları, uçuş, iletişim veya zekadan farklı olarak fotosentezin yalnızca bir kez evrimleştiğine inanıyorlar; yaklaşık 3 milyar yıl önce, Dünya'nın varoluşundan yalnızca 1.5 milyar yıl önce.
Ekip, önümüzdeki 10-15 yıl içinde ticari anlamda yeterli ilerlemenin kaydedileceğini öne sürüyor yapay fotosentez sistemleri çevrimiçi olmaya başlayabilir.