Η φύση έχει ήδη βρει τον τρόπο να αξιοποιεί το φως του Ήλιου. Μέσα από τη φωτοσύνθεση, τα φυτά μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε ενέργεια, δημιουργώντας σάκχαρα που αποτελούν τη βάση της ζωής στον πλανήτη. Για δεκαετίες, οι επιστήμονες προσπαθούν να μιμηθούν αυτή τη διαδικασία με σκοπό να παράγουν καθαρή, ανανεώσιμη ενέργεια. Τώρα, μια ομάδα ερευνητών από το University of Basel στην Ελβετία φαίνεται να έκανε ένα σημαντικό βήμα πιο κοντά σε αυτόν τον στόχο.
Σύμφωνα με τα ευρήματά τους, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature Chemistry, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα καινοτόμο μόριο εμπνευσμένο από τη φωτοσύνθεση. Το μόριο αυτό μπορεί, υπό την επίδραση φωτός, να αποθηκεύει ταυτόχρονα δύο θετικά και δύο αρνητικά φορτία. Η δυνατότητα αυτή αποτελεί καθοριστικό ενδιάμεσο βήμα για τη δημιουργία τεχνητής φωτοσύνθεσης, δηλαδή της αξιοποίησης του ηλιακού φωτός για την παραγωγή καυσίμων χωρίς εκπομπές άνθρακα.
Η βασική ιδέα είναι ξεκάθαρη: όπως τα φυτά δημιουργούν σάκχαρα, έτσι και οι επιστήμονες θέλουν να παράγουν καύσιμα όπως το υδρογόνο, η μεθανόλη ή ακόμα και συνθετική βενζίνη, χρησιμοποιώντας το φως του ήλιου. Η καύση αυτών των καυσίμων θα απελευθερώνει μόνο το διοξείδιο του άνθρακα που καταναλώθηκε κατά την παραγωγή τους, δημιουργώντας έναν «ουδέτερο» κύκλο άνθρακα.
Το νέο μόριο έχει μια ιδιαίτερη δομή, που αποτελείται από πέντε τμήματα συνδεδεμένα σε σειρά. Κάθε τμήμα εκτελεί έναν διαφορετικό ρόλο. Στη μία άκρη, δύο τμήματα αποβάλλουν ηλεκτρόνια και φορτίζονται θετικά. Στην άλλη, δύο τμήματα δέχονται ηλεκτρόνια και φορτίζονται αρνητικά. Στο κέντρο, βρίσκεται ένα στοιχείο-κλειδί που συλλαμβάνει την ηλιακή ακτινοβολία και δίνει το έναυσμα για τη μεταφορά των ηλεκτρονίων.
Η διαδικασία της φόρτισης του μορίου γίνεται σε δύο στάδια. Ένα πρώτο «φλας» φωτός ενεργοποιεί την αρχική αντίδραση: δημιουργείται ένα θετικό και ένα αρνητικό φορτίο, τα οποία κατευθύνονται στις άκρες του μορίου. Έπειτα, ένα δεύτερο φλας φωτός επαναλαμβάνει την ίδια διαδικασία, με αποτέλεσμα το μόριο να συγκρατεί συνολικά τέσσερα φορτία. Αυτή η σταδιακή ενεργοποίηση είναι κρίσιμη, καθώς επιτρέπει στο μόριο να λειτουργεί ακόμα και υπό χαμηλή ένταση φωτός, πολύ πιο κοντά στη φυσική ηλιακή ακτινοβολία σε σχέση με προηγούμενες μελέτες, που απαιτούσαν εξαιρετικά ισχυρές δέσμες laser.
Ο Mathis Brändlin, υποψήφιος διδάκτορας που συμμετείχε στην έρευνα, εξηγεί ότι αυτή η προσέγγιση φέρνει τη διαδικασία πιο κοντά στην πραγματικότητα.
Η σταδιακή διέγερση μάς δίνει τη δυνατότητα να αξιοποιήσουμε πολύ ασθενέστερο φως, κάτι που μέχρι τώρα δεν ήταν εφικτό. Παράλληλα, τα φορτία παραμένουν σταθερά για αρκετό χρόνο ώστε να χρησιμοποιηθούν σε επόμενες χημικές αντιδράσεις.
Για παράδειγμα, η αποθήκευση πολλαπλών φορτίων είναι βασική προϋπόθεση για την πραγματοποίηση αντιδράσεων που μετατρέπουν το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο, ένα από τα πιο υποσχόμενα βήματα για την παραγωγή καθαρών καυσίμων. Το γεγονός ότι η νέα δομή μπορεί να συγκρατήσει φορτία σε συνθήκες κοντά στο φυσικό φως του ήλιου, καθιστά την ανακάλυψη ακόμα πιο σημαντική.
Παρά τη σημαντική πρόοδο, οι επιστήμονες διευκρινίζουν ότι η πορεία προς την τεχνητή φωτοσύνθεση δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί. Το μόριο που ανέπτυξαν δεν συνιστά ένα πλήρως λειτουργικό σύστημα, αλλά ένα κρίσιμο κομμάτι του παζλ. Ο επικεφαλής της μελέτης, καθηγητής Oliver Wenger, τονίζει ότι «η κατανόηση και ο έλεγχος της μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι το κλειδί για την τεχνητή φωτοσύνθεση. Με το νέο μας μόριο, έχουμε κάνει ένα σημαντικό βήμα σε αυτήν την κατεύθυνση».
Η έρευνα αυτή ανοίγει νέες προοπτικές για ένα μέλλον με βιώσιμες ενεργειακές λύσεις. Αν καταστεί δυνατό να δημιουργηθεί ένα πλήρως λειτουργικό σύστημα τεχνητής φωτοσύνθεσης, τότε η Ανθρωπότητα θα μπορούσε να παράγει καύσιμα χρησιμοποιώντας αποκλειστικά το φως του Ήλιου χωρίς να βασίζεται σε ορυκτές πηγές ενέργειας και χωρίς να επιβαρύνει την ατμόσφαιρα με πρόσθετο διοξείδιο του άνθρακα.
[via]
