Kawanishi, Japonia, 2022ko azaroaren 15a /PRNewswire/ — Klima aldaketa, baliabide naturalen agortzea, espezieen desagertzea, plastikoen kutsadura eta deforestazioa bezalako ingurumen arazoak areagotzen ari dira mundu osoan, biztanleriaren leherketa baten ondorioz.
Karbono dioxidoa (CO2) berotegi-efektuko gasa da eta klima-aldaketaren arrazoi nagusietako bat. Zentzu honetan, "fotosintesi artifiziala (CO2 fotoerredukzioa)" izeneko prozesu batek erregai eta produktu kimikoetarako lehengai organikoa ekoiz dezake CO2, ur eta eguzki-energiatik abiatuta, landareek egiten duten bezala. Aldi berean, CO2 isuriak ere murrizten dituzte, CO2 energia eta baliabide kimikoak ekoizteko lehengai gisa erabiltzen baita. Hori dela eta, fotosintesi artifiziala azken teknologia berdeetako bat bezala hartzen da.
MOFak (Metal Organic Frameworks) metal ez-organikoen multzoz eta lotura organikoz osatutako material ultraporotsuak dira. Nanometro-tarteko maila molekularrean kontrola daitezke eta azalera handia dute. Propietate horiei esker, MOFak gasen biltegiratzean, bereizketan, metalen adsorzioan, katalisian, sendagaien administrazioan, uraren tratamenduan, sentsoreetan, elektrodoetan, iragazkietan, etab. aplika daitezke. Duela gutxi, MOFek CO2 harrapatzeko gaitasuna dutela ikusi da, eta hori CO2 fotoerreduzitu daiteke, hau da, fotosintesi artifiziala egiteko.
Puntu kuantikoak, berriz, material ultrameheak dira (0,5–9 nm), eta propietate optikoak kimika kuantikoaren eta mekanika kuantikoaren arauekin bat datoz. "Atomo edo molekula artifizial" deitzen zaie, puntu kuantiko bakoitzak atomo edo molekula gutxi batzuk edo milaka batzuk baino ez dituelako osatzen. Tamaina-tarte horretan, elektroien energia-mailak ez dira jarraituak eta bereizten dira konfinamendu kuantiko efektua izeneko fenomeno fisiko baten ondorioz. Kasu honetan, igorritako argiaren uhin-luzera puntu kuantikoen tamainaren araberakoa izango da. Puntu kuantiko hauek fotosintesi artifizialean ere aplika daitezke, argia xurgatzeko gaitasun handia, exiton anitz sortzeko gaitasuna eta azalera handia dutelako.
MOFak eta puntu kuantikoak Green Science Alliance-ren pean sintetizatu dira. Aurretik, MOF puntu kuantikoen material konposatuak 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, prozesu hauek ez direnez jarraituak, zaila da industria erabilera praktikoan aplikatzea.
Horren harira, Green Science Alliance Co., Ltd.-ko Tetsuro Kajino jaunak, Hirohisa Iwabayashi jaunak eta Ryohei Mori doktoreak beren teknologia erabili zuten fotosintesi artifizialaren katalizatzaile berezi hauek ehun-xafla merkeagoetan immobilizatzeko eta azido formikoa ekoizteko prozesu berri bat garatu zuten, aplikazio industrial praktikoetan etengabe funtziona dezakeena. Fotosintesi artifizialaren erreakzioa amaitu ondoren, azido formikoa duen ura atera daiteke erauzteko, eta ur fresko berria gehitu daiteke ontzira fotosintesi artifiziala etengabe berriro hasteko.
Azido formikoak hidrogeno erregaia ordezka dezake. Munduan hidrogeno gizarte baten hedapena eragozten duen arrazoi nagusietako bat da hidrogenoa unibertsoko atomo txikiena dela, beraz, zaila dela biltegiratzea, eta zigilatze efektu handiko hidrogeno depositu baten ekoizpena oso garestia izango dela. Gainera, hidrogeno gasa lehergarria izan daiteke eta segurtasun arriskua sor dezake. Azido formikoa likidoa denez, errazagoa da erregai gisa biltegiratzea. Beharrezkoa bada, azido formikoa erabil daiteke hidrogenoaren ekoizpena in situ katalizatzeko. Horrez gain, azido formikoa hainbat produktu kimikoren lehengai gisa erabil daiteke.
Fotosintesi artifizialaren eraginkortasuna oraindik baxua den arren, Zientzia Berdearen Aliantzak eraginkortasunaren hobekuntzen alde borrokatzen jarraituko du fotosintesi artifizialaren aplikazio praktikoak ezartzeko.