Kawanishi, Japoni, 15 nëntor 2022 /PRNewswire/ — Çështjet mjedisore si ndryshimi i klimës, pakësimi i burimeve natyrore, zhdukja e specieve, ndotja nga plastika dhe shpyllëzimi po përkeqësohen në të gjithë botën për shkak të një shpërthimi të popullsisë.
Dioksidi i karbonit (CO2) është një gaz serrë dhe një nga shkaqet kryesore të ndryshimeve klimatike. Në këtë drejtim, një proces i njohur si "fotosinteza artificiale (fotoreduktimi i CO2)" mund të prodhojë lëndë të parë organike për karburante dhe kimikate nga CO2, uji dhe energjia diellore, ashtu siç bëjnë bimët. Në të njëjtën kohë, ato gjithashtu zvogëlojnë emetimet e CO2, pasi CO2 përdoret si lëndë e parë për prodhimin e energjisë dhe burimeve kimike. Prandaj, fotosinteza artificiale konsiderohet si një nga teknologjitë më të fundit të gjelbra.
MOF-të (Metal Organic Frameworks) janë materiale ultraporoze të përbëra nga grumbuj metalesh inorganike dhe lidhës organikë. Ato mund të kontrollohen në nivel molekular në diapazonin nanometër dhe kanë një sipërfaqe të madhe. Për shkak të këtyre vetive, MOF-të mund të aplikohen në ruajtjen e gazit, ndarjen, adsorbimin e metaleve, katalizën, administrimin e barnave, trajtimin e ujit, sensorë, elektroda, filtra, etj. Kohët e fundit, është zbuluar se MOF-të kanë aftësi kapëse të CO2 që mund të fotoreduktohet nga CO2, domethënë, fotosintezë artificiale.
Pikat kuantike, nga ana tjetër, janë materiale ultra të holla (0.5–9 nm) vetitë optike të të cilave përputhen me rregullat e kimisë kuantike dhe mekanikës kuantike. Ato quhen "atome artificiale ose molekula artificiale" sepse çdo pikë kuantike përbëhet vetëm nga disa ose disa mijëra atome ose molekula. Në këtë diapazon madhësie, nivelet e energjisë së elektroneve nuk janë më të vazhdueshme dhe ndahen për shkak të një fenomeni fizik të njohur si efekti i kufizimit kuantik. Në këtë rast, gjatësia e valës së dritës së emetuar do të varet nga madhësia e pikave kuantike. Këto pika kuantike mund të aplikohen gjithashtu në fotosintezën artificiale për shkak të kapacitetit të tyre të lartë të thithjes së dritës, aftësisë për të gjeneruar eksitone të shumëfishta dhe sipërfaqes së madhe.
Si MOF-të ashtu edhe pikat kuantike janë sintetizuar në kuadër të Aleancës së Shkencës së Gjelbër. Më parë, ata kanë përdorur me sukses materialet kompozite të pikave kuantike MOF për të prodhuar acid formik si një katalizator të veçantë për fotosintezën artificiale. Megjithatë, këta katalizatorë janë në formë pluhuri dhe këto pluhura katalizatorësh duhet të mblidhen me anë të filtrimit në secilin proces. Prandaj, meqenëse këto procese nuk janë të vazhdueshme, ato janë të vështira për t'u aplikuar për përdorim praktik industrial.
Në përgjigje, Z. Tetsuro Kajino, Z. Hirohisa Iwabayashi dhe Dr. Ryohei Mori të Green Science Alliance Co., Ltd. përdorën teknologjinë e tyre për të imobilizuar këta katalizatorë të veçantë artificialë të fotosintezës në fletë tekstili të lira dhe zhvilluan një proces të ri për prodhimin e acidit formik, i cili mund të funksionojë vazhdimisht në aplikime praktike industriale. Pas përfundimit të reaksionit të fotosintezës artificiale, uji që përmban acid formik mund të nxirret për nxjerrje dhe ujë i freskët i ri mund të shtohet përsëri në enë për të rifilluar vazhdimisht fotosintezën artificiale.
Acidi formik mund të zëvendësojë karburantin e hidrogjenit. Një nga arsyet kryesore që pengojnë përhapjen e një shoqërie të hidrogjenit në të gjithë botën është se hidrogjeni është atomi më i vogël në univers, kështu që është e vështirë ta ruash atë, dhe prodhimi i një rezervuari hidrogjeni me një efekt të lartë izolimi do të jetë shumë i kushtueshëm. Përveç kësaj, gazi i hidrogjenit mund të jetë shpërthyes dhe të paraqesë një rrezik për sigurinë. Meqenëse acidi formik është një lëng, është më i lehtë për t'u ruajtur si karburant. Nëse është e nevojshme, acidi formik mund të përdoret për të katalizuar prodhimin e hidrogjenit në vend. Përveç kësaj, acidi formik mund të përdoret si lëndë e parë për kimikate të ndryshme.
Edhe pse efikasiteti i fotosintezës artificiale është ende i ulët, Aleanca e Shkencës së Gjelbër do të vazhdojë të luftojë për përmirësime të efikasitetit për të krijuar zbatime praktike për fotosintezën artificiale.