KAWANISH, Japonia, 2022ko azaroaren 15a /PRNewswire/ — Munduko biztanleriaren gorakadak eragindako klima-aldaketa, baliabideen agortzea, espezieen desagertzea, plastikoen kutsadura eta deforestazioa bezalako ingurumen-arazoak gero eta premiazkoagoak dira.
Karbono dioxidoa (CO2) berotegi-efektuko gasa da eta klima-aldaketaren arrazoi nagusietako bat. Zentzu honetan, "fotosintesi artifiziala (karbono dioxidoaren fotoerredukzioa)" izeneko prozesu batek erregai eta produktu kimikoetarako lehengai organikoak ekoiz ditzake karbono dioxidotik, uretatik eta eguzki-energiatik abiatuta, landareek egiten duten bezala. Aldi berean, CO2 isuriak murrizten dituzte, eta horiek energia eta produktu kimikoak ekoizteko lehengai gisa erabiltzen dira. Horregatik, fotosintesi artifiziala teknologia berde aurreratuenetako bat bezala ezagutzen da.
MOFak (esparru metal-organikoak) metal ez-organikoen multzoz eta lotura organikoz osatutako material superporotsuak dira. Nano-mailako molekula-mailan kontrola daitezke, azalera handikoak izanik. Propietate horiei esker, MOFak gasen biltegiratzean, bereizketan, metalen adsorzioan, katalisian, sendagaien administrazioan, uraren tratamenduan, sentsoreetan, elektrodoetan, iragazkietan, etab. aplika daitezke. Duela gutxi aurkitu da MOFek CO2 harrapatzeko gaitasuna dutela, eta hori substantzia organikoak ekoizteko erabil daiteke CO2 fotoerredukzio bidez, fotosintesi artifizial gisa ere ezagutzen dena.
Puntu kuantikoak, berriz, material ultra-txikiak dira (0,5–9 nanometro), kimika kuantikoaren eta mekanika kuantikoaren arauak betetzen dituzten propietate optikoak dituztenak. "Atomo edo molekula artifizial" deitzen zaie, puntu kuantiko bakoitza atomo edo molekula gutxi batzuez edo milakaz osatuta baitago. Tamaina-tarte horretan, elektroien energia-mailak ez dira jarraituak eta bereizten dira konfinamendu kuantikoaren efektua izeneko fenomeno fisiko baten ondorioz. Kasu honetan, igorritako argiaren uhin-luzera puntu kuantikoaren tamainaren araberakoa izango da. Puntu kuantiko hauek fotosintesi artifizialean ere aplika daitezke, argia xurgatzeko gaitasun handia, exiton anitz sortzeko gaitasuna eta azalera handia dutelako.
Green Science Alliance-k MOFak eta puntu kuantikoak sintetizatu ditu. Aurretik, MOF-puntu kuantiko konpositeak erabili dituzte arrakastaz azido formikoa fotosintesi artifizialerako katalizatzaile berezi gisa ekoizteko. Hala ere, katalizatzaile hauek hauts formatuan daude eta katalizatzaile hauts hauek iragazki bidez bildu behar dira prozesu bakoitzean. Beraz, zaila da benetako industria erabileran aplikatzea, prozesu hauek ez baitira jarraituak.
Erantzun gisa, Green Science Alliance Co., Ltd.-ko Kajino Tetsuro jaunak, Iwabayashi Hirohisa jaunak eta Mori Ryohei doktoreak beren teknologia erabili zuten fotosintesi artifizialaren katalizatzaile berezi hauek ehun-ehun merkean immobilizatzeko eta azido formiko planta berri bat ireki zuten. Prozesua etengabe exekutatu daiteke industria-aplikazio praktikoetarako. Fotosintesi artifizialaren erreakzioa amaitu ondoren, azido formikoa duen ura atera eta erauzi daiteke, eta ondoren ur fresko berria gehitu daiteke ontzira fotosintesi artifizialaren berrabiarazteko.
Azido formikoak hidrogeno erregaia ordezka dezake. Hidrogenoan oinarritutako gizarte baten mundu mailako adopzioa oztopatzen duen arrazoi nagusietako bat da hidrogenoa, unibertsoko atomo txikiena, zaila dela biltegiratzen, eta oso garestia izango litzatekeela hidrogeno biltegi ondo itxi bat eraikitzea. Gainera, hidrogeno gasa lehergarria izan daiteke eta segurtasun arriskua sor dezake. Askoz errazagoa da azido formikoak erregai gisa biltegiratzea, likidoak direlako. Beharrezkoa bada, azido formikoak erreakzioa kataliza dezake hidrogenoa in situ sortzeko. Horrez gain, azido formikoa hainbat produktu kimikoren lehengai gisa erabil daiteke.
Fotosintesi artifizialaren eraginkortasuna oso baxua bada ere, Zientzia Berdearen Aliantzak borrokan jarraituko du eraginkortasuna handitzeko eta benetako fotosintesi artifizial aplikatua ezartzeko.