Yapay Fotosentezin Sırrı Bitkilerde Gizli
İsviçreli araştırmacılar, fotosentezi taklit eden ve ışığa maruz kaldığında dört elektrik yükü taşıyabilen, bitkilerden ilham alan bir molekül tasarladılar.
Bu çoklu yük depolama yeteneği, hidrojen, metanol veya sentetik benzin gibi güneş yakıtlarının üretilmesinin anahtarı olabilir. Bu yakıtlar, yalnızca üretimleri için kullanılan kadar CO2 saldıkları için karbon nötrdür.
Bitkilerden İlham Alan Güneş Enerjisinden Yararlanma
Bitkiler güneş ışığını yakalar ve karbondioksiti enerji depolayan şekerlere dönüştürmek için kullanırlar. Fotosentez olarak bilinen bu süreç, Dünya’daki neredeyse tüm yaşamın temelini oluşturur. Bitkiler tarafından üretilen şekerler, depolanan enerjiyi parçalayarak serbest bırakan hayvanlar ve insanlar için yakıt görevi görür. Bu süreç, karbondioksiti atmosfere geri döndürerek doğal döngüyü tamamlar.
Bilim insanları, temiz yakıtlar geliştirmek için aynı prensibi bir rehber olarak kullanmayı umuyor. Bitkilerin ışığı dönüştürme şeklini taklit ederek, araştırmacılar doğrudan güneş ışığından enerji açısından zengin bileşikler üretmeyi hedefliyor. Bu güneş yakıtları arasında hidrojen, metanol ve sentetik benzin bulunmaktadır. Yakıldıklarında, başlangıçta oluşmaları için gereken miktarda karbondioksit açığa çıkaracaklardır. Yani, tüm süreç karbon nötr olacaktır.
Dört Yük Depolayan Bir Molekül
Doğa Kimyası’nda Profesör Oliver Wenger ve doktora öğrencisi Mathis Brändlin, yapay fotosentez hedefine doğru önemli bir ilerlemeyi anlatıyor. Işığa maruz kaldığında aynı anda dört yük taşıyabilen, iki pozitif ve iki negatif olmak üzere özel olarak tasarlanmış bir molekül geliştirdiler.
Birkaç yükü geçici olarak depolayabilmek, güneş ışığını kullanılabilir kimyasal enerjiye dönüştürmede çok önemli bir adımdır. Bu yükler daha sonra suyun hidrojen ve oksijene ayrışması gibi reaksiyonları tetiklemek için kullanılabilir.
Molekülün kendisi, her biri farklı bir role sahip beş bağlantılı bileşenden oluşur. Bir uçta, iki parça elektronları serbest bırakır ve bunu yaparken pozitif yüklenir. Diğer uçta, diğer iki parça bu elektronları emer ve negatif yüklenir. Araştırmacılar, merkeze güneş enerjisini yakalayan ve elektron transferini başlatan ışığa duyarlı bir ünite yerleştirdiler.
İki Işık Parlaması, Dört Yük
Araştırmacılar, dört yükü oluşturmak için iki ışık parlaması kullanarak aşamalı bir yaklaşım benimsediler. İlk ışık parlaması moleküle çarpar ve pozitif ve negatif yüklerin oluştuğu bir reaksiyonu tetikler. Bu yükler molekülün zıt uçlarına doğru dışarı doğru hareket eder. İkinci ışık parlamasıyla aynı reaksiyon tekrar meydana gelir ve molekül iki pozitif ve iki negatif yük içerir.
Loş Işıkta Bile Çalışır
Brändlin, “Bu kademeli uyarım, önemli ölçüde daha loş ışık kullanmayı mümkün kılıyor. Sonuç olarak, güneş ışığının yoğunluğuna yaklaşıyoruz,” diye açıklıyor. Daha önceki araştırmalar, yapay fotosentez vizyonundan çok uzak olan son derece güçlü lazer ışığı gerektiriyordu. “Ayrıca, moleküldeki yükler, daha sonraki kimyasal reaksiyonlar için kullanılabilecek kadar uzun süre sabit kalıyor.”
Bununla birlikte, yeni molekül henüz işlevsel bir yapay fotosentez sistemi oluşturmadı. Oliver Wenger, “Ancak bulmacanın önemli bir parçasını belirledik ve uyguladık,” diyor. Çalışmadan elde edilen yeni bulgular, yapay fotosentezin merkezinde yer alan elektron transferleri hakkındaki anlayışımızı geliştirmemize yardımcı oluyor. Wenger, “Bunun, sürdürülebilir bir enerji geleceği için yeni umutlara katkıda bulunmamıza yardımcı olacağını umuyoruz,” diyor.
Kaynak: https://scitechdaily.com